DE102008040693A1

DE102008040693A1 - Kugelgelenk und Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes

Info

Publication number: DE102008040693A1
Application number: DE102008040693A
Authority: DE
Inventors: Thomas Richter; Jens Bach; Arne Siebe
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug mit einem Gelenkzapfen (1), dessen Gelenkkugel (2) dreh- und schwenkbar in einem insgesamt durch ein Gießverfahren hergestellten Gehäuse (3) gelagert und durch einen Verschlussring (4) in dem Gehäuse (3) gesichert aufgenommen ist, wobei der Verschlussring (4) aus einem im Vergleich zum Gehäusewerkstoff höherfesten Material besteht und einen Teil der Lagerfläche der Gelenkkugel (2) aufweist. Es wird ferner ein erstes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kugelgelenkes vorgestellt, das folgende Verfahrensschritte aufweist: - Einsetzen des Gelenkzapfens (1) in eine hierfür vorbereitete Gusswerkzeugform (16), - Befüllen eines Kammerhohlraumes (18) mit dem flüssigen Gehäusewerkstoff, - Abkühlung und Aushärtung des Gehäuses (3), - Entnahme des vorgefertigten Kugelgelenkes aus der Gusswerkzeugform (16), - Einsetzen des Verschlussringes (4) in eine hierfür vorhandene Aufnahmemulde des Gehäuses (3) und - Umformung eines Umformabschnittes (14) zur Fixierung der Kugelgelenkbauteile. Im Unterschied hierzu wird ein weiteres Verfahren vorgestellt, bei dem ein die Geometrie der Gelenkkugel aufweisender und nach dem Gießen des Gehäuses zu entfernender Kern in eine hierfür vorbereitete Gusswerkzeugform (16) eingesetzt und umgossen wird. Die Montage des Kugelgelenkes erfolgt hierbei nach der Fertigstellung des Gehäuses.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kugelgelenkes.
Kugelgelenke, wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, weisen grundsätzlich einen gleichartigen Aufbau auf. So bestehen sie aus einem Gelenkzapfen, dessen Gelenkkugel dreh- und schwenkbar in einem Gehäuse gelagert ist. Dabei dient der Gelenkzapfen einerseits und das Gehäuse andererseits dazu, zwei relativ zueinander bewegbare Bauteile des Kraftfahrzeuges miteinander zu verbinden. Derartige Kugelgelenke werden in erheblichen Stückzahlen produziert, so dass bereits geringe Vereinfachungen der Fertigungsverfahren einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil mit sich bringen.
Zu unterscheiden sind Kugelgelenke, die eine unmittelbare Lagerung der Gelenkkugel des Gelenkzapfens in einer hierfür vorgesehenen Lagerfläche des Gehäuses aufweisen und Kugelgelenke, bei denen zwischen der Gelenkkugel und der Lagerfläche des Gehäuses eine Lagerschale eingesetzt ist. Die Lagerschalen bestehen zumeist aus Kunststoffen wie Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyetheretherketon(PEEK) und müssen in diesen Kugelgelenken mehrere Funktionen erfüllen. So sind die Lagerschalen einerseits dafür vorgesehen, eine Schwingungen dämpfende Wirkung auf die Bauteile auszuüben. Darüber hinaus bewirken Lagerschalen zwischen der Gelenkkugel und dem Gehäuse einen Toleranzausgleich sowie teilweise auch Schmierungsfunktionen, sodass sie auch für die Reibungsminderung mit verantwortlich sind.
In JP 2002-242934 A wird ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes beschrieben. Dabei wird zunächst die Gelenkkugel des Gelenkzapfens partiell mit einem Kunststoffmaterial umspritzt. Der damit geschaffene und an die Gelenkkugel angespritzte Kunststoffring dient später im montierten Kugelgelenk als Lagerfläche. Der Gelenkzapfen mit seiner Gelenkkugel und dem darauf aufgespritzten Kunststoffring wird zunächst in eine hierzu vorbereitete Gussform gegeben, um nachfolgend den flüssigen Gehäusewerkstoff in die Form zu gießen. Die Gelenkkugel wird bei dieser Lösung folglich beim Gießen des Gehäuses als Kern verwendet und unmittelbar umgossen. Auf diese Weise kann das Gehäuse für das Kugelgelenk erzeugt werden. Gemäß dem Offenbarungsgehalt der Druckschrift soll die Kunststoffschicht, welche die Gelenkkugel umgibt, während des Gießvorganges durch die von dem flüssigen Gehäusewerkstoff herrührende Wärme ausgehärtet werden. Durch das Einbringen einer Kunststoffschicht zwischen Gelenkkugel und Gehäuse des Kugelgelenkes werden die Lagerungseigenschaften des Gelenkzapfens verbessert.
Eine weitere Lösung geht aus der JP 62-288715 A hervor. Hier wird ein Kugelgelenk beschrieben, dessen Gelenkkugel unmittelbar, das heißt, ohne eine Lagerschale in einem durch ein Gussverfahren hergestellten Gehäuse gelagert ist. Hierzu offenbart die Druckschrift ein Herstellungsverfahren zur Erzeugung eines derartigen Kugelgelenkes, das darin besteht, dass zunächst der Gelenkzapfen erzeugt und anschließend in eine hierzu vorbereitete Form zur Erzeugung des Gehäuses eingesetzt wird. Dabei ragt die Gelenkkugel in den hierfür später im Gehäuse vorgesehenen Aufnahmeraum hinein. Die Gelenkkugel selbst dient damit auch hier als Kern bei der Herstellung des Gehäuses. Im Anschluss daran wird die Gussform mit dem flüssigen Gehäusewerkstoff befüllt. Zur Herstellung der Bewegbarkeit der umspritzten Gelenkkugel ist es in einem abschließenden Verfahrensschritt erforderlich, eine externe Kraft auf den Gelenkzapfen aufzubringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das einfach zu fertigen ist und zudem optimale Lagerungseigenschaften aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den sich jeweils anschließenden Unteransprüchen wiedergegeben.
Ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug weist demnach einen Gelenkzapfen auf, dessen Gelenkkugel dreh- und schwenkbar in einem insgesamt durch ein Gießverfahren hergestellten Gehäuse gelagert und durch einen Verschlussring in dem Gehäuse gesichert aufgenommen ist. Dabei besteht der Verschlussring aus einem im Vergleich zum Gehäusewerkstoff höherfesten Material. Der Verschlussring weist ferner einen Teil der Lagerfläche der Gelenkkugel auf.
Diese erfindungsgemäßen Besonderheiten ermöglichen eine fertigungstechnisch vereinfachte Herstellung des Kugelgelenkes, wobei derartige Kugelgelenke sich durch eine hohe Lebensdauer auszeichnen. Es konnte auch festgestellt werden, dass die bei Lösungen aus dem Stand der Technik oft als nachteilig bekannte Gefahr der Lockerung der Gelenkbauteile im Laufe des Einsatzes im Kraftfahrzeug und die Gefahr der unerwünschten Separation des Gelenkzapfens aus dem Gehäuse durch Überschreitung der Auszugskraft, also einer auf den Gelenkzapfen in Richtung der Gehäuseöffnung wirkenden Kraft, durch die Erfindung vermeidbar ist.
Da der Verschlussring aus einem im Vergleich zum Gehäusewerkstoff höherfesten Material hergestellt ist, besteht ein Vorteil bei der Montage des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes darin, dass eine spanende Nachbearbeitung des durch Gießen erzeugten Gehäuses nicht mehr erfolgen muss. Vielmehr kann der Verschlussring unmittelbar in eine hierfür am Gehäuse vorgesehene Aufnahmemulde eingepresst werden. Auch durch diese Maßnahme kann die Fertigung und Montage des erfindungsgemäßen Kugelgelenkes in erheblichem Maße vereinfacht werden.
Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes ergeben sich zwei Alternativen. Einerseits ist entsprechend einer ersten Variante der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse unter Verwendung eines die Gelenkkugelgeometrie aufweisenden Kernes hergestellt wird. Bei dieser Ausführung wird folglich nicht der Gelenkzapfen beziehungsweise dessen Gelenkkugel unmittelbar umspritzt, um dadurch das Gehäuse herzustellen, sondern es wird hierfür ein separater Kern verwendet. Dies hat den Vorteil, dass der Gelenkzapfen keiner Vorbereitung für den Gießvorgang unterzogen werden muss. Zudem ist der Kern mehrfach verwendbar.
Eine andere Alternative besteht darin, dass das Gehäuse durch unmittelbares Umgießen der an dem Gelenkzapfen vorhandenen Gelenkkugel hergestellt ist. Dieses an sich bekannte Vorgehen wird erfindungsgemäß genutzt, um eine nahezu toleranzneutrale Fertigung des Kugelgelenkes zu ermöglichen. Die Kontur der Gelenkkugel, des Gelenkzapfens und der hierzu korrespondierenden Lagerfläche im Gehäuse werden dabei optimal aufeinander abgestimmt. Es bedarf keiner besonderen Erwähnung, dass bei dieser Fertigungsvariante insbesondere die Gelenkkugel einer vorbereiteten Behandlung unterzogen werden muss, um zu vermeiden, dass der flüssige Gehäusewerkstoff sich mit der Oberfläche der Gelenkkugel stoffschlüssig verbindet. Hierzu besteht eine geeignete Maßnahme beispielsweise in der Beschichtung der Gelenkkugeloberfläche vor dem Gießvorgang.
Eine weiter gehende Lösung sieht darüber hinaus vor, dass das Gehäuse zumindest einen Teil der Lagerfläche für die Lagerung der Gelenkkugel bildet oder aufweist. In diesem Sinne wird eine bevorzugte Variante darin gesehen, dass die Gelenkkugel unmittelbar in dem Gehäuse gelagert ist. Wird in dem Gehäuse eine zusätzliche Lagerschicht vorgesehen, so ist dies so zu verstehen, dass das Gehäuse die Lagerfläche für die Lagerung der Gelenkkugel aufweist.
Ein ganz entscheidender Vorteil bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes ist jedoch darin zu sehen, dass die Lagerfläche des Gehäuses nur bis zum Äquator der Gelenkkugel ausgebildet ist, sodass diese Lagerfläche eine Halbkugel darstellt. Dieser Äquator wird durch eine senkrecht zur Längsmittenachse des nicht ausgelenkten Gelenkzapfens und durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel gehende, gedachte Ebene in seiner Anordnung definiert. Eine derartige Lagerung der Gelenkkugel des Gelenkzapfens im Gehäuse hat gleich mehrere Vorteile. Einerseits lässt sich bei der Ausführung, bei welcher die Gelenkkugel unmittelbar von dem Gehäusewerkstoff umgossen wird, die Gelenkkugel nach dem Gießen ohne Schwierigkeiten aus dem Gehäuse lösen und ist damit reibungsarm und toleranzneutral gelagert.
Ein weitere- Vorteil lässt sich anhand des zusammengebauten Kugelgelenkes erläutern. Hier kann nämlich der Winkelbereich, um den der Gelenkzapfen verschwenkbar im Gehäuse gelagert ist, beliebig groß gewählt werden, weil er nicht durch das Gehäuse begrenzt wird. Der erzielbare Winkelbereich richtet sich lediglich nach den zum Einsatz kommenden Verschlussbauteilen des Kugelgelenkes. Ein großer Schwenkwinkelbereich hat entscheidende Vorteile beim Einbau des Kugelgelenkes in ein Kraftfahrzeug.
Letztlich ergibt sich noch der Vorteil, dass ein Kugelgelenk nach der Erfindung einfach zu montieren ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung geht dahin, dass die für die Gelenkkugel vorgesehene Lagerfläche im Gehäuse eine Kunststoffschicht aufweist. Ebenso kann der Verschlussring im Bereich der Lagerfläche für die Gelenkkugel eine derartige Kunststoffschicht aufweisen. Als Kunststoffschicht können bevorzugt Werkstoffe wie PEEK verwendet werden. Darüber hinaus ist jedoch auch eine Kunststoffschicht möglich, die als PTFE-Beschichtung der Lagerfläche des Gehäuses und/oder des Verschlussringes ausgeführt ist. Die Wahl des geeigneten Kunststoffschicht-Werkstoffes richtet sich dabei nach den zu erzielenden Reibungswerten sowie den gewünschten Lagerungseigenschaften des Gelenkzapfens innerhalb des Kugelgelenkes.
Durch eine Kunststoffschicht können Fertigungstoleranzen des Verschlussringes und/oder des Gehäuses ausgeglichen werden. Zudem ermöglicht eine derartige Kunststoffbeschichtung insbesondere, wenn sie am Verschlussring vorgesehen wird, eine Zentrierung des in das Gehäuse einzusetzenden Gelenkzapfens. Da die Kunststoffschicht beliebige Geometrien aufweisen kann, was insbesondere durch ein Aufspritzen ermöglicht ist, können hier auch Hinterschneidungen erzielt werden. Diese Hinterschneidungen führen dazu, dass eine sichere und dauerhaft feste Verbindung zwischen der Kunststoffschicht und dem Verschlussring beziehungsweise der Lagerfläche des Gehäuses erreicht wird. Die Hinterschneidung bietet sich insbesondere beim Anspritzen der Kunststoffschicht an den Verschlussring an.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit besteht ferner darin, dass die Kunststoffschicht sowohl auf den Verschlussring als auch auf die Lagerfläche des Gehäuses aufgedampft oder aufgespritzt wird. Damit kann mit geringem Materialeinsatz eine optimale Lagerung der Gelenkkugel erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann das Gehäuse zumindest auf der dem Gelenkzapfen gegenüberliegenden Seite Schmiernuten zur Aufnahme von Schmiermittel aufweisen. Diese Schmiernuten beziehungsweise ein in diesem Bereich vorhandenes Schmiermittelreservoir werden zur Einbringung eines Schmiermittels genutzt. Durch das Vorsehen von Schmiermittel innerhalb des Kugelgelenkes kann infolge reduzierter Reibung die Lebensdauer des Kugelgelenkes insgesamt verbessert werden. Das Schmiermittel verteilt sich durch die Bewegung des Gelenkzapfens relativ zum Gehäuse zwischen der Lagerfläche des Gehäuses beziehungsweise des Verschlussringes und der korrespondierenden Oberfläche der Gelenkkugel. Die Schmiernuten und ein gegebenenfalls vorzusehendes Schmiermittelreservoir werden bei dem Gießvorgang des Gehäuses unmittelbar in das Gehäuse eingeformt und können bis in die Lagerflächen hineinragen.
Im Zuge des Bestrebens, das Kugelgelenk nach der Erfindung insgesamt zu vereinfachen und die zu seiner Herstellung erforderlichen Fertigungsschritte zu reduzieren, wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass das Gehäuse zur Verbindung mit weiteren Kraftfahrzeugbauteilen zumindest ein beim Gießen mit dem Gehäuse eine integrale Einheit bildendes Anschlusselement aufweist. Dieses Anschlusselement kann folglich beim Gießvorgang unmittelbar in die Form zur Herstellung des Gehäuses eingesetzt werden und wird beim Gießen mit dem Gehäuse verbunden. eine spätere Montage erübrigt sich damit, so dass das Kugelgelenk in seiner Herstellung vereinfacht wird. Denkbar sind hierbei verschiedene Ausführungen von Anschlusselementen. So kann zum Beispiel eine Verbindungsstange bei der Gehäusefertigung mit eingegossen werden. Darüber hinaus ist es jedoch auch denkbar, beispielsweise einen Kern mit einem Negativgewinde zur Erzeugung eines Anschlussgewindes an dem Gehäuse einzusetzen. Dieser Kern wird nach dem Gießvorgang entfernt, so dass das Gehäuse bereits mit einem nutzbaren Gewinde ausgestattet ist. Weitere Bearbeitungsvorgänge können sich damit auf ein geringes Maß beschränken oder entfallen vollständig.
Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes weist folgende Verfahrensschritte auf:

– Einsetzen des Gelenkzapfens in eine hierfür vorbereitete Gusswerkzeugform,
– Befüllen des Kammerhohlraumes mit dem flüssigen Gehäusewerkstoff,
– Abkühlung und Aushärtung des Gehäuses,
– Entnahme des vorgefertigten Kugelgelenkes aus der Gusswerkzeugform,
– Einsetzen des Verschlussringes in die hierfür vorhandene Aufnahmemulde des Gehäuses,
– Umformung des Umformabschnittes zur Fixierung der Kugelgelenk-Bauteile.

Bei diesem Verfahren wird, wie dies eingangs bereits im Zusammenhang mit dem Kugelgelenk erläutert wurde, die Gelenkkugel des Gelenkzapfens unmittelbar durch den verflüssigten Gehäusewerkstoff umspritzt.
Alternativ hierzu ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes durch nachfolgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

– Einsetzen eines die Geometrie der Gelenkkugel aufweisenden Kerns in eine hierfür vorbereitete Gusswerkzeugform,
– Befüllen des Kammerhohlraumes mit dem flüssigen Gehäusewerkstoff,
– Abkühlung und Aushärtung des Gehäuses,
– Entnahme des vorgefertigten Kugelgelenkes aus der Gusswerkzeugform,
– Entfernen des Kugelkerns und anschließendes Einsetzen der Gelenkkugel des Gelenkzapfens in die Lagerfläche des Gehäuses,
– Einsetzen des Verschlussringes in die hierfür vorhandene Aufnahmemulde des Gehäuses,
– Umformung des Umformabschnittes zur Fixierung der Kugelgelenkbauteile.

Das zweite Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes unterscheidet sich von dem zuvor bereits beschriebenen dadurch, dass anstelle der Gelenkkugel ein Kern mit der Geometrie der Gelenkkugel umspritzt wird. Dieser wieder verwendbare Kern muss nach dem Gießvorgang aus dem Gehäuse entfernt und durch den einzusetzenden Gelenkzapfen ersetzt werden. Das zuletzt genannte Verfahren hat gegenüber dem erstgenannten den Vorteil, dass die Lagerfläche für die Gelenkkugel im Gehäuse nach Entnahme des Kerns einer abschließenden Bearbeitung unterzogen werden kann, sofern dies erwünscht ist. So könnte hier beispielsweise ein in der Geometrie vergrößerter Kern eingesetzt werden, um anschließend die Beschichtung der Lagerfläche des Gehäuses mit einer Kunststoffschicht vorzusehen, in welche dann die Gelenkkugel des Gelenkzapfens einsetzbar ist.
Entsprechend einer Ausgestaltung der vorgestellten Verfahren kann vor dem Gießen des Gehäusewerkstoffes in die Gusswerkzeugform ein Anschlusselement eingesetzt werden. Dieses Anschlusselement dient später der Verbindung des Kugelgelenkes mit dem Kraftfahrzeug.
Wie bereits ausgeführt wurde, kann darüber hinaus vorgesehen werden, dass vor dem Zusammensetzen der Kugelgelenkbauteile die Lagerfläche des Gehäuses und/oder die Lagerfläche des Verschlussringes mit einer Kunststoffschicht beschichtet wird. Demgemäß wird entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Verfahren vorgeschlagen, dass die Kunststoffschicht auf die zu beschichtende Oberfläche aufgespritzt oder aufgedampft wird.
Um die Reibungswerte eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes bei der Herstellung beziehungsweise der Montage des Kugelgelenkes zu optimieren, geht eine Ausgestaltung der Verfahrung dahin, dass während der Montage der Kugelgelenkbauteile eine Andruckkraft auf den Verschlussring ausgeübt wird und mit zunehmender Andruckkraft die zur Bewegung des Gelenkzapfens erforderlichen Drehmomente am Gelenkzapfen gemessen werden, wobei nach Erreichung eines vorgegebenen, definierten Drehmomentes ein Umformabschnitt des Gehäuses umgeformt und damit das Gehäuse verschlossen wird. Somit bleibt das zuletzt ermittelte Drehmoment für die Bewegung des Gelenkzapfens relativ zum Gehäuse erhalten.
Die erfindungsgemäßen Kugelgelenke zeichnen sich demnach durch eine hohe Präzision, eine lange Lebensdauer bei einfacher fertigungstechnischer Herstellbarkeit aus.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele stellen keine Einschränkung auf die dargestellten Varianten dar, sondern dienen lediglich der Erläuterung des Prinzips der Erfindung. Dabei sind gleiche oder gleichartige Bauteile mit denselben Bezugszeichen benannt.
Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen zu können, sind in den Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen gezeigt, bei denen auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden sind.
In den Figuren werden beispielhaft drei bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung erläutert, auf die die Erfindung allerdings nicht eingeschränkt ist.
Es zeigen:
1: einen Schnitt durch eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes,
2: eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes im Schnitt,
3: eine dritte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes im Schnitt,
4: eine schematisch stark vereinfachte Darstellung der Herstellung eines Gehäuses durch ein Gießverfahren im Schnitt.
Das in der 1 gezeigte Kugelgelenk weist einen Gelenkzapfen 1 auf, der über eine Gelenkkugel 2 dreh- und schwenkbar in einem Gehäuse 3 gelagert ist. Der Gelenkzapfen 1 ist in der Darstellung in einer nicht ausgelenkten Position gezeigt. Seine Längsmittenachse 7 wird dabei senkrecht und durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel 2 verlaufend von einer Ebene geschnitten, die durch den Äquator 6 der Gelenkkugel verläuft und diesen somit definiert. Bezeichnend bei der dargestellten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes ist, dass eine in dem Gehäuse 3 vorhandene Lagerfläche 5 nur bis zu dem Äquator 6 der Gelenkkugel 2 reicht und somit den unteren Teil der Gelenkkugel 2, das heißt, den Teil der Gelenkkugel, der dem Gelenkzapfen 1 gegenüberliegend angeordnet ist, aufnimmt. Zur Fixierung des Gelenkzapfens 1 im Gehäuse 3 dient ein Verschlussring 4. Im Unterschied zu dem Gehäusewerkstoff ist der Verschlussring 4 aus einem höherfesten Werkstoff hergestellt. So kann es sich bei dem Gehäusewerkstoff bevorzugt um Aluminium und bei dem Verschlussring 4 um einen Stahlwerkstoff handeln. Der Verschlussring 4 bildet dabei gleichzeitig einen Teil der Lagerfläche für die Lagerung der Gelenkkugel 2. Auf der dem Gelenkzapfen 1 gegenüberliegenden Seite befinden sich unterhalb der Gelenkkugel 2 im Gehäuse 3 ein nicht näher bezeichnetes Schmiermittelreservoir sowie Schmiernuten 11, die in das Gehäuse beziehungsweise die Lagerfläche 5 des Gehäuses 3 eingearbeitet sind, um bei Bewegungen des Gelenkzapfens 1 relativ zum Gehäuse 3 eine Versorgung der Kontaktflächen mit Schmiermittel zu gewährleisten. Das Gehäuse 3 verfügt ferner über einen seitlich abragenden Schaft, in den ein Hohlraum 13 für ein Anschlusselement eingearbeitet ist. Zum Verschluss des Gehäuses 3 und damit zur Fixierung des Gelenkzapfens 1 innerhalb des Gehäuses 3 dient ein Umformabschnitt 14, der beispielsweise durch ein Rollverfahren umgeformt werden kann und so den Verschlussring 4 in dem Gehäuse 3 fixiert. Das Gehäuse 3 weist ferner eine Dichtungsbalgaufnahmenut 15 auf, in die später, beim fertig montierten Kugelgelenk, ein Randbereich eines Dichtungsbalges eingesetzt ist. Ein Dichtungsbalg ist aus Vereinfachungsgründen bei dem in 1 gezeigten Kugelgelenk nicht dargestellt.
Eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes wird in der 2 gezeigt. Das Kugelgelenk in 2 ist annähernd baugleich zu dem bereits im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Kugelgelenk ausgeführt. Auch hierbei ist ein Gelenkzapfen 1 dreh- und schwenkbar in einem Gehäuse 3 gelagert, wozu er eine Gelenkkugel 2 aufweist. Wesentlich bei dem Kugelgelenk in 2 ist, dass an dem Verschlussring 4 eine Kunststoffschicht 10 vorgesehen ist. Die Kunststoffschicht 10 ist auf eine Oberfläche des Verschlussringes 4 aufgebracht und bildet eine Lagerfläche zur Lagerung der Gelenkkugel 2. Durch die besondere geometrische Gestaltung des Verschlussringes 4, wie er in der 2 gezeigt ist, kann erreicht werden, dass die Kunststoffschicht 10 eine Art Hinterschnitt bildet. Dies hat zur Folge, dass eine sichere Fixierung der Kunststoffschicht 10 zwischen Gelenkkugel 2 und Verschlussring 4 möglich wird. Zudem wirkt diese Ausführung der Kunststoffschicht 10 Toleranzen ausgleichend auf die miteinander zu verbindenden Bauteile. Die Gelenkkugel 2 wird ferner in ihrer Lage im Gehäuse 3 fixiert und in ihrer Position gehalten.
Eine dritte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes geht aus der Darstellung in 3 hervor. Auch dieses Kugelgelenk weist im Wesentlichen die gleichen Merkmale auf wie die bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläuterten Kugelgelenke. Ein Unterschied zu den anderen Varianten besteht vorliegend darin, dass in dem Gehäuse 3 eine Lagerfläche 5 vorhanden ist, die aus einer ersten Kunststoffschicht 8 besteht. Ferner weist die Lagerfläche 9 des Verschlussringes 4 eine weitere Kunststoffschicht 10 auf. Gemeinsam bilden die Kunststoffschichten 8 und 10 eine Lagerschale zur Aufnahme der Gelenkkugel 2 innerhalb des Gehäuses 3. Die Kunststoffschicht 8 im Gehäuse 3 kann durch ein Spritzverfahren nach dem Gießen des Gehäuses 3 erzeugt werden. Demgegenüber kann der Verschlussring 4 als komplettiertes Bauteil in einer Vorfertigung hergestellt sein.
In der 4 wird eine Gusswerkzeugform 16 ausschnittsweise gezeigt, wie sie zur Herstellung eines Gehäuses 3 für ein Kugelgelenk nach der Erfindung zum Einsatz kommen kann. Die Gusswerkzeugform 16 weist dabei eine Aufnahmemöglichkeit für den Gelenkzapfen 1 auf, der in der Darstellung der 4 in die Aufnahmeform eingesetzt ist. Ferner ist ein Anschlusselement 12 in das Gehäuse 3 eingefügt, so dass beim Gießen des Gehäuses 3 dieses Anschlusselement 12 unmittelbar in das Gehäuse integriert werden kann. Die Gelenkkugel 2 ragt bis zu ihrem Äquator 6 in einen Kammerhohlraum 18 hinein, der als Negativform zu dem zu erzeugenden Gehäuse 3 ausgeführt ist. Darüber hinaus weist der Kammerhohlraum 18 zur Erzeugung des Gehäuses 3 eine Negativform 19 des Umformabschnittes auf. Über einen Einspritzkanal 17 kann der verflüssigte Gehäusewerkstoff in Richtung des Pfeils A in den Kammerhohlraum 18 eingebracht werden.

1: Gelenkzapfen
2: Gelenkkugel
3: Gehäuse
4: Verschlussring
5: Lagerfläche des Gehäuses
6: Äquator
7: Längsmittenachse
8: Kunststoffschicht im Gehäuse
9: Lagerfläche des Verschlussringes
10: Kunststoffschicht am Verschlussring
11: Schmiernut
12: Anschlusselement
13: Hohlraum für das Anschlusselement
14: Umformabschnitt
15: Dichtungsbalgaufnahmenut
16: Gusswerkzeugform
17: Einspritzkanal
18: Kammerhohlraum
19: Negativform des Umformabschnittes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2002-242934 A [0004]
- JP 62-288715 A [0005]

Claims

Kugelgelenk für ein Kraftfahrzeug mit einem Gelenkzapfen (1), dessen Gelenkkugel (2) dreh- und schwenkbar in einem insgesamt durch ein Gießverfahren hergestellten Gehäuse (3) gelagert und durch einen Verschlussring (4) in dem Gehäuse (3) gesichert aufgenommen ist, wobei der Verschlussring (4) aus einem im Vergleich zum Gehäusewerkstoff höherfesten Material besteht und einen Teil der Lagerfläche der Gelenkkugel (2) aufweist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) unter Verwendung eines die Gelenkkugelgeometrie aufweisenden Kerns hergestellt ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) durch unmittelbares Umgießen der an dem Gelenkzapfen (1) vorhandenen Gelenkkugel (2) hergestellt ist.
Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) zumindest einen Teil der Lagerfläche (5) für die Lagerung der Gelenkkugel (2) bildet oder aufweist.
Kugelgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche (5) des Gehäuses (3) bis zum Äquator (6) der Gelenkkugel (2) ausgebildet ist, der durch eine senkrecht zur Längsmittenachse (7) des nicht ausgelenkten Gelenkzapfens (1) und durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel (2) gehende, gedachte Ebene definiert ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Gelenkkugel (2) vorgesehene Lagerfläche (5) im Gehäuse (3) eine Kunststoffschicht (8) aufweist.
Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussring (4) in dem Bereich der Lagerfläche (9) für die Gelenkkugel (2) eine Kunststoffschicht (10) aufweist.
Kugelgelenk nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (8, 10) aus PEEK besteht.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (8, 10) als eine PTFE-Beschichtung der Lagerfläche (5, 9) des Gehäuses (3) und/oder des Verschlussringes (4) ausgeführt ist.
Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) zumindest auf der dem Gelenkzapfen (1) gegenüberliegenden Seite Schmiernuten (11) zur Aufnahme von Schmiermittel aufweist.
Kugelgelenk nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) zur Verbindung mit weiteren Kraftfahrzeugbauteilen zumindest ein beim Gießen mit dem Gehäuse (3) eine integrale Einheit bildendes Anschlusselement (12) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Einsetzen des Gelenkzapfens (1) in eine hierfür vorbereitete Gusswerkzeugform (16), – Befüllen eines Kammerhohlraumes (18) mit dem flüssigen Gehäusewerkstoff, – Abkühlung und Aushärtung des Gehäuses (3), – Entnahme des vorgefertigten Kugelgelenkes aus der Gusswerkzeugform (16), – Einsetzen des Verschlussringes (4) in eine hierfür vorhandene Aufnahmemulde des Gehäuses (3) und – Umformung eines Umformabschnittes (14) zur Fixierung der Kugelgelenkbauteile.
Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Einsetzen eines die Geometrie der Gelenkkugel aufweisenden Kugelkernes in eine hierfür vorbereitete Gusswerkzeugform (16), – Befüllen eines Kammerhohlraumes (18) mit dem flüssigen Gehäusewerkstoff, – Abkühlung und Aushärtung des Gehäuses (3), – Entnahme des vorgefertigten Kugelgelenkes aus der Gusswerkzeugform (16), – Entfernen des Kugelkernes und anschließendes Einsetzen der Gelenkkugel (2) des Gelenkzapfens (3) in die Lagerfläche (5) des Gehäuses (3), – Einsetzen des Verschlussringes (4) in eine hierfür vorhandene Aufnahmemulde des Gehäuses (3) und – Umformung eines Umformabschnittes (14) zur Fixierung der Kugelgelenkbauteile.
Verfahren nach einem der vorstehend genannten Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Gießen des Gehäusewerkstoffes in die Gusswerkzeugform (16) im Schaftbereich des zu gießenden Gehäuses (3) ein Anschlusselement (12) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehend genannten Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zusammensetzen der Kugelgelenkbauteile die Lagerfläche (5) des Gehäuses (3) und/oder die Lagerfläche (9) des Verschlussringes (4) mit einer Kunststoffschicht (8, 10) beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht auf die zu beschichtende Oberfläche aufgespritzt oder aufgedampft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während der Montage der Kugelgelenkbauteile eine zunehmende Andruckkraft auf den Verschlussring ausgeübt wird und mit zunehmender Andruckkraft die zur Bewegung des Gelenkzapfens (3) erforderlichen Drehmomente gemessen werden, wobei nach Erreichung eines vorgegebenen Drehmomentes der Umformabschnitt (14) des Gehäuses (3) umgeformt und damit das Gehäuse (3) verschlossen wird, sodass das zuletzt ermittelte Drehmoment erhalten bleibt.