DE102018205823A1

DE102018205823A1 - Kugelgelenk für ein Fahrzeug und Verfahren zum Herstellen eines solchen Kugelgelenks

Info

Publication number: DE102018205823A1
Application number: DE102018205823.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Klank; Jan Pabst; Julian Stratmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2019-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk (1, 11) für ein Fahrzeug mit einer Gelenkkugel (5), der Gelenkkugel (5) ist ein Kunststoffbereich (4) zugeordnet, wobei zum Ausbilden des Kunststoffbereiches (4) die Gelenkkugel (5) mindestens teilweise mit einem Kunststoffmaterial umspritzt, umgossen, verfüllt und/oder vergossen ist.Um bei einem Umspritzen, Umgießen, Verfüllen und/oder Vergießen der Gelenkkugel (5) mit dem Kunststoffmaterial zum Ausbilden des Kunststoffbereiches (4) die Gelenkfunktion des Kugelgelenks (1, 11) bei unterschiedlichen Ausbildungen der Gelenkkugel (5) zu gewährleistet, ist das Kugelgelenk (1, 11) dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffbereich (4) ausschließlich mit der Gelenkkugel (5) und/oder einem die Gelenkkugel (5) aufweisenden Gelenkinnenteil (2) fest und/oder formschlüssig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk für ein Fahrzeug mit einer Gelenkkugel, der Gelenkkugel ist ein Kunststoffbereich zugeordnet, wobei zum Ausbilden des Kunststoffbereiches die Gelenkkugel mindestens teilweise mit einem Kunststoffmaterial umspritzt, umgossen, verfüllt und/oder vergossen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kugelgelenks, wobei zum Ausbilden des Kunststoffbereiches die Gelenkkugel mindestens teilweise mit einem Kunststoffmaterial umspritzt, umgossen, verfüllt und/oder vergossen wird.
Ein derartiges Kugelgelenk bzw. ein solches Verfahren ist aus der DE 10 2014 214 824 A1 bekannt. Hiernach ist ein Kunststoffbereich als eine Lagerschale ausgebildet, wobei die Lagerschale mittels Einspritzen zwischen eine Gelenkkugel und eine Gelenkaufnahme einbringbar ist. Die hierdurch ausgebildete Lagerschale ist mit der Gelenkaufnahme verbunden. Somit ist die Gelenkkugel relativ zu der Lagerschale drehbar und/oder schwenkbar in der Lagerschale gelagert.
Kugelgelenke sind für den Einsatz in einem Fahrwerk von Kraftfahrzeugen aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Bauformen seit langem bekannt. Ganz allgemein dienen diese dazu, ein erstes Bauteil gelenkbeweglich mit einem zweiten Bauteil zu verbinden. Beispielsweise in der Fahrwerkstechnik handelt es sich dabei um Fahrwerkselemente, wie insbesondere Lenkerbauteile, Radträger oder dergleichen, die beispielsweise gelenkig miteinander oder gelenkig in Bezug zu einem Fahrzeugaufbau bzw. Achsträger gekoppelt sind.
Darüber hinaus ist bekannt, dass Fahrzeuge zunehmend mit Messeinrichtungen bzw. Sensoreinrichtungen ausgestattet werden, die beispielsweise eine Position des Rades zur Karosserie ermitteln, um daraus auf den Höhenstand des Fahrzeugs zu schließen. Insbesondere weist ein in einem Fahrwerk verbautes Kugelgelenk eine Sensoreinrichtung auf, mit welcher sich die Lage bzw. Position der Gelenkkugel und/oder eines Gelenkinnenteils in Bezug zu einer Gelenkaufnahme oder einem Gelenkgehäuse erfassen lässt.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2004 039 781 A1 ein Kugelgelenk bekannt, das im Bereich seiner Polfläche eine Ausnehmung aufweist, in der ein Sensorelement angeordnet ist.
Hierbei ist von Nachteil, dass bei einem Einspritzen einer Lagerschale zwischen die Gelenkkugel und der zugehörigen Gelenkaufnahme das Kunststoffmaterial auch in die Ausnehmung der Gelenkkugel eintreten würde. Bei üblichen Ausgestaltungen würde sich die hierdurch hergestellte Lagerschale sowohl mit der Gelenkaufnahme als auch mit der Gelenkkugel formschlüssig verbinden. Hierdurch wäre jedoch die Gelenkkugel in der Gelenkaufnahme blockiert. Eine Gelenkfunktion wäre damit nicht mehr gegeben.
Es ist die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, ein Kugelgelenk und/oder ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass bei einem Umspritzen, Umgießen, Verfüllen und/oder Vergießen der Gelenkkugel mit dem Kunststoffmaterial zum Ausbilden des Kunststoffbereiches die Gelenkfunktion des Kugelgelenks bei unterschiedlichen Ausbildungen der Gelenkkugel gewährleistet ist. Insbesondere soll eine alternative Ausführungsform bereitgestellt werden.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einem Kugelgelenk nach Anspruch 1 und mittels eines Verfahrens nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung.
Das Kugelgelenk ist für ein Fahrzeug oder Kraftfahrzeug vorgesehen bzw. ausgebildet. Insbesondere ist das Kugelgelenk Bestandteil eines Fahrwerks oder Fahrwerkbauteils. Das Kugelgelenk weist eine Gelenkkugel auf. Die Gelenkkugel kann Bestandteil eines Gelenkinnenteils sein. Das Gelenkinnenteil kann als ein Kugelzapfen oder eine Kugelhülse ausgebildet sein. Insbesondere bildet die Gelenkkugel einen sphärischen Abschnitt des Gelenkinnenteils oder die Gelenkkugel weist einen sphärischen Abschnitt auf. Der Gelenkkugel ist ein Kunststoffbereich zugeordnet. Insbesondere liegt der Kunststoffbereich unmittelbar an der Gelenkkugel an oder ist als ein integraler Bestandteil der Gelenkkugel ausgebildet. Vorzugsweise ist die Gelenkkugel aus einem Metall gebildet. Zum Ausbilden des Kunststoffbereichs ist die Gelenkkugel mindestens teilweise mit einem Kunststoffmaterial umspritzt, umgossen, verfüllt und/oder vergossen. Hierbei ist der Kunststoffbereich erfindungsgemäß ausschließlich mit der Gelenkkugel und/oder einem die Gelenkkugel aufweisenden Gelenkinnenteil fest und/oder formschlüssig verbunden.
Hierbei ist von Vorteil, dass der Kunststoffbereich zusammen mit der Gelenkkugel und/oder dem Gelenkinnenteil beweglich in dem Kugelgelenk gelagert ist. Insbesondere ist eine feste und/oder formschlüssige Verbindung mit einer die Gelenkkugel aufnehmenden Gelenkaufnahme verhindert.
Vorzugsweise weist das Kugelgelenk eine Gelenkachse auf, um die ein Gelenkinnenteil, die Gelenkkugel und/oder der Kunststoffbereich bewegbar ist. Bei der Gelenkachse kann es sich um eine Längsmittelachse des Kugelgelenks handeln. Insbesondere ist das Kugelgelenk bezüglich der Gelenkachse und/oder der Längsmittelachse rotationssymmetrisch oder im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Gelenkachse und/oder die Längsmittelachse des Kugelgelenks kann durch einen Mittelpunkt der, insbesondere kugelartigen oder kugelförmigen, Gelenkkugel verlaufen.
Gemäß einer Weiterbildung ist mindestens ein Oberflächenabschnitt und/oder eine Oberfläche des Kunststoffbereichs kugelsegmentartig und/oder sphärisch ausgebildet. Beispielsweise ergänzt und/oder vervollständigt der Oberflächenabschnitt und/oder die Oberfläche des Kunststoffbereichs eine Kugeloberfläche der Gelenkkugel. Insbesondere ist die Kugeloberfläche als eine Kugelaußenfläche ausgebildet. Wenn beispielsweise der Kunststoffbereich eine Ausnehmung der Gelenkkugel ausfüllt, kann durch eine sphärisch ausgebildete Oberfläche des Kunststoffbereichs die Kugeloberfläche der Gelenkkugel fortgesetzt werden bzw. vervollständigt werden. Hierdurch sind Kanten im Bereich der Kugeloberfläche der Gelenkkugel vermeidbar. Derartige Kanten könnten zu einem unerwünschten erhöhten Verschleiß des Kugelgelenks führen, was mittels der erfindungsgemäßen Lösung vermeidbar ist. Alternativ kann die Oberfläche des Kunststoffbereichs die Kugeloberfläche der Gelenkkugel überlagern und/oder überdecken. Somit kann der Kunststoffbereich auf der Kugeloberfläche angeordnet sein. Insbesondere kann der Kunststoffbereich die Kugeloberfläche der Gelenkkugel mindestens teilweise oder vollständig umhüllen. Vorzugsweise ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter einer Kugeloberfläche ein sphärischer Abschnitt und/oder ein teilkugelförmiger Flächenbereich zu verstehen.
Insbesondere ist der Kunststoffbereich zusammen mit der Gelenkkugel in einer Gelenkaufnahme drehbar und/oder schwenkbar gelagert. Die Gelenkaufnahme kann mittels eines Gelenkgehäuses gebildet oder als ein Gelenkgehäuse ausgebildet sein.
Unter einem „Schwenken“ wird insbesondere eine Bewegung des Gelenkinnenteils, der Gelenkkugel und/oder des Kunststoffbereichs relativ zu der Gelenkaufnahme verstanden, bei welcher eine Veränderung eines zwischen der Gelenkinnenteillängsachse einerseits und der Gelenkaufnahmeachse oder der Gelenkachse eingeschlossenen Winkels eintritt. Bevorzugt erfolgt das Schwenken um einen Mittelpunkt der Gelenkkugel und/oder der Gelenkaufnahme. Ein Schwenkwinkel kann ein zwischen der Gelenkinnenteillängsachse und der Gelenkaufnahmeachse oder Gelenkachse eingeschlossener Winkel sein. In einer nicht verschwenkten Lage des Gelenkinnenteils, der Gelenkkugel und/oder des Kunststoffbereichs ist der Schwenkwinkel vorzugsweise Null und/oder die Gelenkinnenteillängsachse fällt mit der Gelenkaufnahmeachse oder der Gelenkachse zusammen.
Unter einem „Drehen“ wird insbesondere eine Bewegung des Gelenkinnenteils, der Gelenkkugel und/oder des Kunststoffbereichs verstanden, bei welcher das Gelenkinnenteil, die Gelenkkugel und/oder der Kunststoffbereich relativ zu der Gelenkaufnahme um die Gelenkinnenteillängsachse und/oder Gelenkachse gedreht wird.
Insbesondere ist die Gelenkkugel und/oder der Kunststoffbereich an einer Kugelinnenfläche der Gelenkaufnahme gelagert. Insbesondere weist die Kugelinnenfläche der Gelenkaufnahme eine sphärische Formgebung auf, die komplementär zu der sphärisch ausgebildeten Oberfläche des Kunststoffbereichs und/oder der Gelenkkugel ausgebildet ist. Die Kugelinnenfläche kann als ein sphärischer Abschnitt und/oder ein teilkugelförmiger Flächenbereich ausgebildet sein. Vorzugsweise liegt die Oberfläche des Kunststoffbereichs und/oder der Gelenkkugel gelenkbeweglich an der Kugelinnenfläche der Gelenkaufnahme an. Somit kann bei einer Bewegung der Gelenkkugel der mitbewegte Kunststoffbereich auf der Kugelinnenfläche der Gelenkaufnahme gleiten. Insbesondere ist die Kugelinnenfläche zum Verhindern einer formschlüssigen Verbindung mit dem Kunststoffbereich ausgebildet. Hierdurch kann sich beim Einspritzen des Kunststoffmaterials zwischen die Kugelinnenfläche und der Gelenkkugel keine formschlüssige Verbindung des Kunststoffbereichs mit der Gelenkaufnahme bilden.
Gemäß einer auch eigenständig und unabhängig von der vorliegenden Anmeldung denkbaren Ausführungsform ist mittels des Kunststoffmaterials eine Lagerschale gebildet. Somit kann der Kunststoffbereich als eine Lagerschale ausgebildet sein. Die Lagerschale ist an der Gelenkkugel und/oder dem Gelenkinnenteil angeordnet. Insbesondere ist die Lagerschale formschlüssig mit der Gelenkkugel und/oder dem Gelenkinnenteil verbunden. Zum Ausbilden der formschlüssigen Verbindung kann die Gelenkkugel und/oder das Gelenkinnenteil geeignet ausgebildete Vorsprünge, Vertiefungen und/oder Ausnehmungen aufweisen, die in Verbindung mit dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbereichs einen Formschluss realisieren. Vorzugsweise ist die Lagerschale ausschließlich mit der Gelenkkugel und/oder dem Gelenkinnenteil formschlüssig verbunden. Im Unterschied zum Stand der Technik ist somit die erfindungsgemäße Lagerschale nicht ortsfest in Bezug zu einer Gelenkaufnahme und/oder eines Gelenkgehäuses angeordnet. Stattdessen ist die Lagerschale derart mit der Gelenkkugel und/oder dem Gelenkinnenteil verbunden und zwischen der Gelenkkugel und der Gelenkaufnahme angeordnet, dass die Lagerschale zusammen mit der Gelenkkugel relativ zu der Gelenkaufnahme gelenkbeweglich ist.
Vorzugsweise hat die Gelenkkugel mindestens eine oder eine einzige Ausnehmung. Die Ausnehmung der Gelenkkugel kann als eine Bohrung, ein Sackloch oder eine Nut, insbesondere in der Oberfläche der Gelenkkugel, ausgebildet sein. Die Ausnehmung kann mittels des Kunststoffmaterials zum mindestens teilweisen oder vollständigen Ausbilden des Kunststoffbereichs verfüllt und/oder vergossen sein. Hierdurch ist ein zuverlässiger Formschluss zwischen dem Kunststoffbereich und der Gelenkkugel realisierbar. Alternativ oder zusätzlich kann der Kunststoffbereich stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Gelenkkugel verbunden sein.
Gemäß einer weiteren und auch unabhängig von der vorliegenden Anmeldung denkbaren Ausführungsform weist die Gelenkkugel ein Sensorelement auf. Das Sensorelement kann Bestandteil einer Sensoreinrichtung sein. Die Sensoreinrichtung kann ein weiteres Sensorelement aufweisen. Das weitere Sensorelement kann der Gelenkaufnahme zugeordnet sein oder mit der Gelenkaufnahme verbunden sein. Vorzugsweise ist das Sensorelement der Gelenkkugel in einer Ausnehmung der Gelenkkugel angeordnet. Die Ausnehmung mit dem eingesetzten Sensorelement ist mittels des Kunststoffmaterials zum mindestens teilweisen oder vollständigen Ausbilden des Kunststoffbereichs verfüllt und/oder vergossen.
Vorzugsweise ist das Sensorelement aufgrund des Verfüllens und/oder Vergießens der Ausnehmung mit dem Kunststoffmaterial in der Ausnehmung gehalten und/oder festgesetzt. Insbesondere kann in einem einzigen Arbeitsschritt das Sensorelement in der Ausnehmung mittels des Kunststoffmaterials festgesetzt werden, eine Lagerschale für die Gelenkkugel aus dem Kunststoffmaterial hergestellt werden und die Lagerschale formschlüssig mit der Gelenkkugel verbunden werden.
Vorzugsweise dient die Sensoreinrichtung mit dem Sensorelement und dem weiteren Sensorelement zur Erfassung einer Winkelstellung der Gelenkkugel und/oder des Gelenkinnenteils gegenüber der Gelenkaufnahme. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, insbesondere bei Ausführung des Kugelgelenks als ein Kugelhülsengelenk, dient die Sensoreinrichtung zur Erfassung der Winkelstellung des Gelenkinnenteils und/oder der Gelenkkugel in Bezug zu der Gelenkaufnahme, bezogen auf eine Gelenkachse und/oder eine Längsachse des Gelenkinnenteils. Die Sensoreinrichtung kann in diesem Fall also insbesondere einen Schwenkwinkel erfassen. Für die Sensoreinrichtung des Kugelgelenks können unterschiedliche physikalische Messprinzipien zum Einsatz kommen. Vorzugsweise handelt es sich um ein berührungsloses Messprinzip. Insbesondere wird ein magnetisches Messprinzip genutzt. Hierbei kann das Sensorelement als ein Permanentmagnet bzw. Signalgeber ausgebildet sein, während das weitere Sensorelement als ein Magnetfeldsensor bzw. Signalempfänger ausgebildet ist. Verändert der Signalgeber bezüglich des Signalempfängers seine relative Lage, beispielsweise aufgrund einer Bewegung des Kugelgelenks, so erfasst der Magnetfeldsensor dies in Form einer Magnetfeldänderung, aus deren Auswertung auf die Lage des Gelenkinnenteils und/oder der Gelenkkugel in Bezug zu der Gelenkaufnahme geschlossen werden kann.
Vorzugsweise ist das Kunststoffmaterial zum Ausbilden des Kunststoffbereichs zwischen die Gelenkaufnahme und die Gelenkkugel eingespritzt und/oder eingegossen. Insbesondere wird hierdurch eine Lagerschale der Gelenkkugel gebildet. Der Kunststoffbereich ist somit als Lagerschale ausgebildet und ausschließlich mit der Gelenkkugel fest und/oder formschlüssig verbunden. Der Kunststoffbereich bzw. die Lagerschale kann in unmittelbarem Kontakt mit der Kugelinnenfläche der Gelenkaufnahme stehen. Somit steht die Gelenkkugel bzw. das Gelenkinnenteil selbst mit der Gelenkaufnahme nur in mittelbarem Kontakt. Die dazwischen angeordnete Lagerschale, die aus dem Kunststoffmaterial hergestellt ist, verhindert einen direkten Kontakt zwischen der Gelenkaufnahme und der Gelenkkugel bzw. dem Gelenkinnenteil. Hierbei kann sich der Kunststoffbereich bzw. die Lagerschale zusammen mit der Gelenkkugel bzw. dem Gelenkinnenteil relativ zu der Gelenkaufnahme bewegen. Der Kunststoffbereich bzw. die Lagerschale begünstigt eine reibungsarme, verschleißarme Lagerung der Gelenkkugel bzw. des Gelenkinnenteils in Bezug zu der Gelenkaufnahme.
Von weiterem Vorteil ist ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks, wobei zum Ausbilden des Kunststoffbereiches die Gelenkkugel mindestens teilweise mit einem Kunststoffmaterial umspritzt, umgossen, verfüllt und/oder vergossen wird. Hierbei wird der Kunststoffbereich ausschließlich mit der Gelenkkugel und/oder einem die Gelenkkugel aufweisenden Gelenkinnenteil fest und/oder formschlüssig verbunden.
Insbesondere wird die Gelenkkugel und/oder das Gelenkinnenteil drehbar und/oder schwenkbar in der Gelenkaufnahme gelagert. Zum Ausbilden des Kunststoffbereichs als eine Lagerschale kann das Kunststoffmaterial zwischen die Gelenkkugel und die Gelenkaufnahme eingespritzt und/oder eingegossen werden. Hierbei wird die Lagerschale ausschließlich mit der Gelenkkugel und/oder dem die Gelenkkugel aufweisenden Gelenkinnenteil fest und/oder formschlüssig verbunden.
Vorzugsweise wird ein Sensorelement in einer Ausnehmung der Gelenkkugel aufgenommen und die Ausnehmung wird mittels des Kunststoffmaterials zum mindestens teilweisen oder vollständigen Ausbilden des Kunststoffbereichs verfüllt und/oder vergossen.
Insbesondere wird mindestens ein Oberflächenabschnitt und/oder eine Oberfläche des Kunststoffbereichs und/oder eine Kugeloberfläche der Gelenkkugel nach dem Herstellen und/oder Aushärten des Kunststoffbereichs zum Ausbilden einer kugelsegmentartigen und/oder sphärischen Oberflächengestalt bearbeitet oder überfräst. Somit kann der Oberflächenabschnitt und/oder die Oberfläche spanend bearbeitet werden. Aufgrund einer derartigen Nachbearbeitung des Oberflächenabschnittes und/oder der Oberfläche des Kunststoffbereichs und/oder der Kugeloberfläche der Gelenkkugel kann eine sphärische Formgebung der Gelenkkugel mit einer hinreichenden Fertigungstoleranz realisiert werden.
Die Erfindung kann an Kugelgelenken unterschiedlicher Bauform vorteilhaft zum Einsatz kommen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung handelt es sich bei dem Kugelgelenk um ein sogenanntes Kugelhülsengelenk. In diesem Fall ist das Gelenkinnenteil und/oder die Gelenkkugel als eine Kugelhülse mit einer Längsachse ausgebildet.
Alternativ kann es sich bei dem Kugelgelenk um ein Radialgelenk, ein Traggelenk oder ein Axialgelenk handeln. Insbesondere ist das Kugelgelenk als ein Kugelzapfengelenk ausgebildet. In diesem Fall ist das Gelenkinnenteil und/oder die Gelenkkugel als ein Kugelzapfen ausgebildet. Dieser Kugelzapfen weist eine Längsachse auf. Während bei einem Radialgelenk die Kräfte zwischen dem Gelenkinnenteil und der Gelenkaufnahme vorrangig in Radialrichtung bezogen auf das Gelenkinnenteil übertragen werden können, dienen Axialgelenke vorrangig zur Übertragung von Kräften in Axialrichtung, bezogen auf die Längsachse des Gelenkinnenteils.
Insbesondere handelt es sich bei dem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kugelgelenk um ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Kugelgelenk. Vorzugsweise ist das Verfahren gemäß allen im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Kugelgelenk erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet. Ferner kann das hier beschriebene Kugelgelenk gemäß allen im Zusammenhang mit den Verfahren erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente. Es zeigen:

1 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Kugelgelenks,
2 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kugelgelenks, und
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Kugelgelenks 1. Das Kugelgelenk 1 weist ein Gelenkinnenteil 2 und eine Gelenkaufnahme 3 auf. Das Gelenkinnenteil 2 ist gelenkbeweglich, nämlich drehbar und/oder schwenkbar, in der Gelenkaufnahme 3 gelagert. Zwischen dem Gelenkinnenteil 2 und der Gelenkaufnahme 3 ist eine Lagerschale 4 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind das Gelenkinnenteil 2 und die Gelenkaufnahme 3 aus einem Metall gebildet. Die Lagerschale 4 ist aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Hierbei bildet die Lagerschale 4 zugleich einen Kunststoffbereich einer Gelenkkugel 5. Die Gelenkkugel 5 ist Bestandteil des Gelenkinnenteils 2.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Kunststoffbereich bzw. die Lagerschale 4 ausschließlich mit der Gelenkkugel 5 bzw. dem Gelenkinnenteil 2 fest bzw. formschlüssig verbunden. Somit ist die Gelenkkugel 5 zusammen mit der Lagerschale 4 relativ zu der Gelenkaufnahme 3 bewegbar. Hierbei liegt eine sphärisch ausgebildete Oberfläche 6 der Lagerschale 4 an einer korrespondierend hierzu ausgebildeten Kugelinnenfläche 7 der Gelenkaufnahme 3 an.
Die Lagerschale 4 liegt somit auf einer Kugeloberfläche 8 der Gelenkkugel 5, wobei eine Relativbewegung der Lagerschale 4 in Bezug zu der Kugeloberfläche 8 verhindert ist. Mit anderen Worten umhüllt der Kunststoffbereich bzw. die Lagerschale 4 die Gelenkkugel 5.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Kugelgelenk 1 als ein Kugelhülsengelenk ausgebildet. Entsprechend ist das Gelenkinnenteil 2 als eine Kugelhülse realisiert. Die Gelenkaufnahme 3 kann auch als Gelenkgehäuse bezeichnet werden. Das Kugelgelenk 1 weist eine Gelenkachse 9 auf. Gemäß der hier dargestellten Lage des Gelenkinnenteils 2 in Bezug zu der Gelenkaufnahme 3 fällt die Gelenkachse 9 mit einer Längsmittelachse des Kugelgelenks 1 und einer Gelenkinnenteillängsachse des Gelenkinnenteils 2 zusammen. Abweichend von der hier dargestellten Lage des Gelenkinnenteils 2, kann dieses derart verdreht und/oder verschwenkt sein, dass die Lage der Gelenkinnenteillängsachse des Gelenkinnenteils 2 von der Gelenkachse 9 abweicht. Auch bei einer Verdrehung und/oder Verschwenkung des Gelenkinnenteils 2 verläuft sowohl die Gelenkinnenteillängsachse des Gelenkinnenteils 2 als auch die Gelenkachse 9 durch einen Mittelpunkt 10 der Gelenkkugel 5.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Kunststoffmaterial zum Ausbilden des Kunststoffbereichs bzw. der Lagerschale 4 zwischen die Gelenkaufnahme 3 und die Gelenkkugel 5 eingespritzt.
2 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kugelgelenks 11. Das Kugelgelenk 11 entspricht weitgehend dem Kugelgelenk 1 gemäß 1. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Abweichend zu dem Kugelgelenk 1 weist die Gelenkkugel 5 gemäß dem Kugelgelenk 11 eine Ausnehmung 12 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung 12 als ein Sackloch in der Kugeloberfläche 8 ausgebildet. In der Ausnehmung 12 ist ein Sensorelement 13 angeordnet. Die Gelenkaufnahme 3 weist ein weiteres Sensorelement 14 auf. Die Sensorelemente 13, 14 bilden eine Sensoreinrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Sensorelement 13 als ein Permanentmagnet ausgebildet.
Das Sensorelement 13 füllt die Ausnehmung 12 nur teilweise aus. Der von dem Sensorelement 13 nicht ausgefüllte Bestandteil der Ausnehmung 12 ist mittels des Kunststoffmaterials des Kunststoffbereichs bzw. der Lagerschale 4 ausgefüllt. Hierbei ist das Sensorelement 13 zugleich mittels des Kunststoffmaterials des Kunststoffbereichs bzw. der Lagerschale 4 in der Ausnehmung 12 festgesetzt, gehalten bzw. gesichert.
Aufgrund der Ausnehmung 12 in der Gelenkkugel 5, weist die Gelenkkugel 5 eine die Ausnehmung 12 begrenzende Kante 15 auf. Diese Kante 15 wird mittels des Kunststoffmaterials des Kunststoffbereichs bzw. der Lagerschale 4 überdeckt. Ein direkter Kontakt der Kante 15 mit der Kugelinnenfläche 7 der Gelenkaufnahme 3 oder einer hier nicht näher dargestellten fest mit der Gelenkaufnahme 3 verbundenen Gelenkschale ist hierdurch vermieden. Hierdurch ist zugleich die Gefahr einer Beschädigung und/oder eines erhöhten Verschleißes aufgrund eines Reibkontaktes zwischen der Kante 15 und einer hierzu unbeweglich angeordneten Kontaktfläche vermieden.
3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start gemäß Schritt S10 wird gemäß Schritt S11 eine Gelenkkugel 5 bereitgestellt. Anschließend wird gemäß Schritt S12 ein Kunststoffbereich 4 an der Gelenkkugel 5 hergestellt.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Gelenkkugel 5 vor dem Herstellen des Kunststoffbereichs 4 in der Gelenkaufnahme 3 angeordnet. Zum Herstellen des Kunststoffbereichs 4 in der Gestalt einer Lagerschale 4 wird das Kunststoffmaterial zwischen die Gelenkaufnahme 3 und die Gelenkkugel 5 eingespritzt. Hierbei ist die Kugelinnenfläche 7 der Gelenkaufnahme 3 und das Gelenkinnenteil 2 derart ausgebildet, dass der Kunststoffbereich bzw. die Lagerschale 4 ausschließlich mit der Gelenkkugel 5 und/oder dem Gelenkinnenteil 2 fest bzw. formschlüssig verbunden wird. Anschließend kann das Verfahren gemäß Schritt S14 beendet werden.
Gemäß einer alternativ denkbaren Ausführungsform weist die Gelenkkugel 5 eine Ausnehmung 12 auf. Vor dem Anordnen der Gelenkkugel 5 in der Gelenkaufnahme 3 kann die Ausnehmung 12 mit dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbereichs ausgefüllt werden. Hierbei kann sich der Kunststoffbereich auf die Ausfüllung der Ausnehmung 12 beschränken. Anschließend kann die Oberfläche 6 des Kunststoffbereichs und/oder die Kugeloberfläche 8 der Gelenkkugel 5, beispielsweise spanend, gemäß Schritt S13 bearbeitet werden. Beispielsweise kann die Gelenkkugel 5 überfräst werden. Hierdurch ist ein kontinuierlicher Übergang zwischen der Kugeloberfläche 8 der Gelenkkugel 5 und der Oberfläche 6 des Kunststoffbereichs herstellbar. In diesem Fall geht somit der sphärische Oberflächenabschnitt des Kunststoffbereichs kontinuierlich bzw. nahtlos in den sphärischen Bereich der Kugeloberfläche 8 der Gelenkkugel 5 über. Anschließend kann das Gelenkinnenteil 2 in die Gelenkaufnahme 3 eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kugelgelenk
2: Gelenkinnenteil
3: Gelenkaufnahme
4: Kunststoffbereich (Lagerschale)
5: Gelenkkugel
6: Oberfläche
7: Kugelinnenfläche
8: Kugeloberfläche
9: Gelenkachse
10: Mittelpunkt
11: Kugelgelenk
12: Ausnehmung
13: Sensorelement
14: weiteres Sensorelement
15: Kante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014214824 A1 [0002]
DE 102004039781 A1 [0005]

Claims

Kugelgelenk für ein Fahrzeug mit einer Gelenkkugel (5), der Gelenkkugel (5) ist ein Kunststoffbereich (4) zugeordnet, wobei zum Ausbilden des Kunststoffbereiches (4) die Gelenkkugel (5) mindestens teilweise mit einem Kunststoffmaterial umspritzt, umgossen, verfüllt und/oder vergossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffbereich (4) ausschließlich mit der Gelenkkugel (5) und/oder einem die Gelenkkugel (5) aufweisenden Gelenkinnenteil (2) fest und/oder formschlüssig verbunden ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Oberflächenabschnitt und/oder eine Oberfläche (6) des Kunststoffbereichs (4) kugelsegmentartig und/oder sphärisch ausgebildet ist, insbesondere ergänzt und/oder vervollständigt der Oberflächenabschnitt und/oder die Oberfläche (6) des Kunststoffbereiches (4) eine Kugeloberfläche (8) der Gelenkkugel (5) oder die Oberfläche (6) des Kunststoffbereichs (4) überlagert die Kugeloberfläche (8) der Gelenkkugel (5).
Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffbereich (4) zusammen mit der Gelenkkugel (5) in einer Gelenkaufnahme (3) drehbar und/oder schwenkbar gelagert ist, insbesondere ist die Gelenkkugel (5) und/oder der Kunststoffbereich (4) an einer Kugelinnenfläche (7) der Gelenkaufnahme (3) gelagert.
Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Kunststoffmaterials eine Lagerschale (4) gebildet ist, wobei die Lagerschale (4) an der Gelenkkugel (5) angeordnet ist, insbesondere ist die Lagerschale (4) formschlüssig mit der Gelenkkugel (5) und/oder dem Gelenkinnenteil (2) verbunden.
Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (5) eine Ausnehmung (12) hat und die Ausnehmung (12) mittels des Kunststoffmaterials zum mindestens teilweisen oder vollständigen Ausbilden des Kunststoffbereichs (4) verfüllt und/oder vergossen ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (5) ein Sensorelement (13) aufweist, wobei das Sensorelement (13) in der Ausnehmung (12) angeordnet ist und die Ausnehmung (12) mit dem eingesetzten Sensorelement (13) mittels des Kunststoffmaterials zum mindestens teilweisen oder vollständigen Ausbilden des Kunststoffbereichs (4) verfüllt und/oder vergossen ist.
Kugelgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (13) aufgrund des Verfüllens und/oder Vergießens der Ausnehmung (12) mit dem Kunststoffmaterial in der Ausnehmung (12) gehalten und/oder festgesetzt ist.
Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial zum Ausbilden des Kunststoffbereichs (4) zwischen eine Gelenkaufnahme (3) und die Gelenkkugel (5) eingespritzt und/oder eingegossen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenks (1, 11) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ausbilden des Kunststoffbereiches (4) die Gelenkkugel (5) mindestens teilweise mit einem Kunststoffmaterial umspritzt, umgossen, verfüllt und/oder vergossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffbereich (4) ausschließlich mit der Gelenkkugel (5) und/oder einem die Gelenkkugel (5) aufweisenden Gelenkinnenteil (2) fest und/oder formschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (5) drehbar und/oder schwenkbar in einer Gelenkaufnahme (3) gelagert wird, und zum Ausbilden des Kunststoffbereichs (4) als eine Lagerschale das Kunststoffmaterial zwischen die Gelenkkugel (5) und die Gelenkaufnahme (3) eingespritzt und/oder eingegossen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorelement (13) in einer Ausnehmung (12) der Gelenkkugel (5) aufgenommen wird und die Ausnehmung (12) mittels des Kunststoffmaterials zum mindestens teilweisen oder vollständigen Ausbilden des Kunststoffbereichs (4) verfüllt und/oder vergossen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Oberflächenabschnitt und/oder eine Oberfläche (6) des Kunststoffbereichs (4) und/oder eine Kugeloberfläche (8) der Gelenkkugel (5) nach dem Herstellen und/oder Aushärten des Kunststoffbereichs (4) zum Ausbilden einer kugelsegmentartigen und/oder sphärischen Oberflächengestalt, insbesondere spanend, bearbeitet oder überfräst wird.