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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur einer Kugelzapfeneinheit für ein Kugelgelenk nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 102 27 014 A1 beschrieben, eine Zwei-Komponenten Lagerschale für ein umspritztes Kugelgelenk bekannt. Die Lagerschale weist eine Kernkomponente aus einem ersten Material auf, die von einer Mantelkomponente aus einem zweiten Material vollständig umfasst ist.
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In der
DE 296 17 276 U1 wird ein Kugelgelenk beschrieben. Das Kugelgelenk besteht aus einem Kugelgelenkgehäuse mit angeformten Befestigungsmitteln, einer in einer Aussparung des Kugelgelenkgehäuses schwenkbar gelagerten Kugel eines Kugelzapfens und einer elastischen Abdichtung zwischen dem Schaft und dem Kugelgelenkgehäuse. Die Abdichtung besteht aus einer angeformten Umhüllung aus einem vernetzten und/oder unvernetzten Elastomer.
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Aus der
DE 1 575 550 A1 ist eine Lageranordnung mit einem Laufteil aus Kunststoff bekannt. Die Lageranordnung umfasst ein starres, undeformierbares Gehäuse, das eine von einer Wandfläche begrenzte Öffnung aufweist, ein innerhalb dieser Öffnung angeordnetes inneres Lagerteil und ein einstückiges Laufteil aus Kunststoff, das in dem Zwischenraum zwischen dem inneren Lagerteil und der die Gehäuseöffnung begrenzenden Wandfläche angeordnet ist. Das innere Lagerteil hat einen minimalen Abstand von der die Gehäuseöffnung begrenzenden Wandfläche. Das einstückige Laufteil besteht aus einem Kunststoff mit geringer Schwindung. Dieser Kunststoff ist unter relativ geringem Druck unmittelbar in die Gehäuseöffnung eingegossen und steht nach dem Eingießen mit dem Umfang des inneren Lagerteiles in einer spannungsfreien, eine Drehung zulassenden Flächenberührung und mit der die Gehäuseöffnung begrenzenden Wandfläche unverdrehbar in Eingriff.
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In der
DE 31 27 710 A1 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenkes beschrieben. Das Kugelgelenk zur Verwendung in Kraftfahrzeugen besteht aus einem Gelenkzapfen mit einem einteilig angeformten Kugelkopf, einem Gelenkgehäuse und einer zwischen Kugelkopf und Gelenkgehäuse angeordneten Gleitschicht. Im Verfahren wird der Kugelkopf zunächst mit einem Schmiermittel beschichtet. Danach wird auf das Schmiermittel eine verlorene Schalung aus einem synthetischen Werkstoff aufgetragen. Anschließend wird der Kugelkopf in einer Form für das Gelenkgehäuse zentriert und schließlich der freie Raum zwischen dem Kugelkopf und der Form mit einem synthetischen Werkstoff ausgefüllt, der im erstarrten Zustand das Gelenkgehäuse bildet.
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Aus der
EP 1 357 306 A1 ist ein Kugelzapfen mit angespritzter Kugel aus Kunststoff bekannt. Der Kugelzapfen für ein Kugelgelenk weist einen Gelenkzapfen und eine Gelenkkugel auf. Der Gelenkzapfen besteht aus einem metallischen Material und die an den Gelenkzapfen angespritzte Gelenkkugel besteht aus Kunststoff.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Kugelzapfeneinheit für ein Kugelgelenk und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelzapfeneinheit für ein Kugelgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks mit den Merkmalen des Anspruchs 4.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur Herstellung einer Kugelzapfeneinheit für ein Kugelgelenk wird erfindungsgemäß eine einschichtige Kugelschale aus Kunststoff an eine Kugel eines Kugelzapfens aus Metall angespritzt. Das Kugelgelenk, für welches die Kugelzapfeneinheit vorgesehen ist, ist insbesondere ein Traggelenk oder Führungsgelenk, insbesondere für ein Fahrzeug. Die Kugelschale wird auch als Gleitschale bezeichnet.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Kugelzapfeneinheit hergestellt, durch welche eine Prinzipumkehr des Kugelgelenks erreicht wird, denn die Kugelschale ist fest, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig, mit der Kugel des Kugelzapfens verbunden. In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks, insbesondere eines Traggelenks oder Führungsgelenks, insbesondere für ein Fahrzeug, ist daher vorgesehen, dass ein die Kugelschale aufweisender Abschnitt der mittels dieses Verfahrens hergestellten Kugelzapfeneinheit in einem Kugelgelenkgehäuse angeordnet wird und das Kugelgelenkgehäuse mit einem Verschlussring verschlossen wird. Bei einer Gelenkbewegung des Kugelgelenks erfolgt hier somit ein Gleiten der Kugelschale, genauer gesagt einer Außenseite der Kugelschale, am Kugelgelenkgehäuse, genauer gesagt an einer Innenseite des Kugelgelenkgehäuses. Die Reibpartner sind somit die Kugelschale und das Kugelgelenkgehäuse. Im Unterschied hierzu ist im Stand der Technik die Kugelschale im Gehäuse befestigt und die Kugel des Kugelzapfens gleitet in der Kugelschale, d. h. im Stand der Technik erfolgt ein Gleiten der Kugel des Kugelzapfens an einer Innenseite der Kugelschale. Die Reibpartner sind hier somit die Kugel des Kugelzapfens und die Kugelschale. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird somit eine Funktionsfläche des Kugelgelenks nach außen verschoben.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung muss eine Form und Beschaffenheit der Kugel am metallischen Kugelzapfen keine hohen Anforderungen erfüllen. Die direkt angespritzte Kugelschale ist gut messbar, da sie starr mit dem Kugelzapfen verbunden ist. Durch die Verschiebung der Funktionsfläche des Kugelgelenkes nach außen wird eine größere Kontaktfläche erreicht, wodurch bessere Einstellmöglichkeiten von Reibkipp- und Reibdrehmomenten ermöglicht werden.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Anzahl von Bauteilen reduziert, da die Kugelschale bereits an den Kugelzapfen angespritzt ist und somit kein zu montierendes Einzelteil ist. Des Weiteren werden durch die erfindungsgemäße Lösung die Anforderungen an die Kugelzapfenoberfläche gemindert. Wie bereits erwähnt, ist die angespritzte Kugelschale gut messbar, wodurch eine gute Prozessüberwachung ermöglicht wird. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird zudem eine Erhöhung der Gesamtfläche der Reibpartner erreicht, da die Reibung auf der Außenfläche der Kugelschale stattfindet.
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Im Verfahren zur Herstellung der Kugelzapfeneinheit ist insbesondere vorgesehen, dass
- - der Kugelzapfen in einem zwei Formhälften einer Spritzform aufweisenden Spritzwerkzeug angeordnet und darin zentriert wird,
- - die erste Formhälfte in eine Verschlussposition bewegt wird,
- - die zweite Formhälfte in eine Verschlussposition bewegt wird, wodurch die Spritzform geschlossen wird, wobei die geschlossene Spritzform die Kugel des Kugelzapfens umschließt und zwischen der geschlossen Spritzform und der Kugel des Kugelzapfens eine Kavität zum Einspritzen des Kunststoffs ausgebildet wird,
- - die Kugelschale hergestellt wird, indem der Kunststoff in die Spritzform eingespritzt und an die Kugel des Kugelzapfens angespritzt wird, wobei der Kunststoff die Kavität ausfüllt, und
- - das Spritzwerkzeug geöffnet und die Kugelzapfeneinheit, aufweisend den Kugelzapfen mit daran angespritzter Kugelschale, entnommen wird.
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Vor dem Herstellen der Kugelschale kann beispielsweise vorgesehen sein, dass auf der Kugel des Kugelzapfens, insbesondere mittels eines Rollierwerkzeugs, zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstruktur erzeugt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch einen Kugelzapfen,
- 2 schematisch ein Aufbringen einer Oberflächenstruktur auf eine Kugel des Kugelzapfens,
- 3 schematisch den Kugelzapfen mit einer Ausführungsform der Oberflächenstruktur,
- 4 schematisch den Kugelzapfen mit einer weiteren Ausführungsform der Oberflächenstruktur,
- 5 schematisch einen ersten Schritt zur Herstellung einer Kugelschale auf dem Kugelzapfen,
- 6 schematisch einen zweiten Schritt zur Herstellung der Kugelschale auf dem Kugelzapfen,
- 7 schematisch einen dritten Schritt zur Herstellung der Kugelschale auf dem Kugelzapfen,
- 8 schematisch einen vierten Schritt zur Herstellung der Kugelschale auf dem Kugelzapfen,
- 9 schematisch einen fünften Schritt zur Herstellung der Kugelschale auf dem Kugelzapfen,
- 10 schematisch eine Detailvergrößerung des Details X in 9,
- 11 schematisch eine Kugelzapfeneinheit,
- 12 schematisch eine Ausführungsform eines Kugelgelenks, und
- 13 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Kugelgelenks.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Anhand der 1 bis 13 werden im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelzapfeneinheit 1 für ein Kugelgelenk 2 und ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks 2 beschrieben. Das Kugelgelenk 2 ist insbesondere ein Traggelenk oder Führungsgelenk, insbesondere für ein Fahrzeug.
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In dem Verfahren zur Herstellung der Kugelzapfeneinheit 1 ist vorgesehen, dass eine einschichtige Kugelschale 3 aus Kunststoff an eine Kugel 4 eines Kugelzapfens 5 aus Metall angespritzt wird. Die Kugelschale 3 wird auch als Gleitschale bezeichnet.
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Hierzu wird zunächst der Kugelzapfen 5 hergestellt. Im Gegensatz zu einer konventionellen Bauweise eines Kugelgelenks 2 gibt es hierbei keine hohen Anforderungen an eine Genauigkeit und Oberflächenqualität der Kugel 4. Vorteilhafterweise ist jedoch vorgesehen, dass die Oberfläche der Kugel 4 rau ist und/oder verschiedene Strukturen aufweist, beispielsweise eine Oberflächenstruktur 6, die der Oberfläche eines Golfballs ähnelt, wie in 2 rechts und in 3 gezeigt, d. h. beispielsweise eine Mehrzahl kugelabschnittsförmiger Ausnehmungen aufweist. Die Oberflächenstruktur 6 kann beispielsweise erhaben oder vertieft sein und/oder gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt sein.
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Es ist daher optional vorgesehen, dass vor dem Herstellen der Kugelschale 3 auf der Kugel 4 des Kugelzapfens 5 zumindest abschnittsweise eine Oberflächenstruktur 6 erzeugt wird. Dies kann beispielsweise mittels eines Rollierwerkzeugs 7 erfolgen, wie in 2 gezeigt. Dabei werden die Kugel 4 des Kugelzapfens 5 und das Rollierwerkzeug 7 gegeneinandergepresst, wie durch erste Pfeile P1 gezeigt, und entgegengesetzt gedreht, wie durch zweite Pfeile P2 gezeigt. Daraus resultiert im dargestellten Beispiel die in 2 rechts und in 3 gezeigte Oberflächenstruktur 6, die der Oberfläche eines Golfballs ähnelt.
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4 zeigt ein weiteres mögliches Beispiel der Oberflächenstruktur 6 auf der Kugel 4 des Kugelzapfens 5.
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Die 5 bis 9 zeigen die Herstellung der Kugelschale 3, d. h. deren Anspritzen an die Kugel 4 des Kugelzapfens 5. Die Kugel 4 des Kugelzapfens 5 wird hierbei in einem Spritzwerkzeug 8 mit Kunststoff, beispielsweise Polyoxymethylen (POM) oder Polyetheretherketon (PEEK) umspritzt. Im dargestellten Beispiel wird hierfür der Kugelzapfen 5 in dem zwei Formhälften 9, 10 einer Spritzform aufweisenden Spritzwerkzeug 8 angeordnet und darin zentriert, wie in 5 gezeigt. Das Spritzwerkzeug 8 wird auch als Spritzgusswerkzeug und die Spritzform auch als Spritzgussform bezeichnet.
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Anschließend wird die erste Formhälfte 9 in eine Verschlussposition bewegt, wie in 5 und 6 durch einen dritten Pfeil P3 angedeutet. 6 zeigt die erste Formhälfte 9 in der Verschlussposition.
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Anschließend wird die zweite Formhälfte 10 in eine Verschlussposition bewegt, wie in 7 mittels eines vierten Pfeils P4 gezeigt. 7 zeigt die zweite Formhälfte 10 in der Verschlussposition. Dadurch wird die Spritzform geschlossen, wobei die geschlossene Spritzform die Kugel 4 des Kugelzapfens 5 umschließt und zwischen der geschlossen Spritzform und der Kugel 4 des Kugelzapfens 5 eine Kavität 11 zum Einspritzen des Kunststoffs ausgebildet wird.
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Anschließend wird die Kugelschale 3 hergestellt, indem der Kunststoff in die Spritzform eingespritzt und an die Kugel 4 des Kugelzapfens 5 angespritzt wird, wie in 8 mittels eines fünften Pfeils P5 gezeigt. Der Kunststoff füllt dabei die Kavität 11 aus.
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Anschließend wird das Spritzwerkzeug, d. h. dessen Spritzform, geöffnet und die Kugelzapfeneinheit 1, aufweisend den Kugelzapfen 5 mit daran angespritzter Kugelschale 3, wird entnommen. 9 zeigt diese aus dem Spritzwerkzeug 8 entnommene fertig hergestellte Kugelzapfeneinheit 1. 10 zeigt eine Detailvergrößerung des Details X in 9, insbesondere einen Ausschnitt der auf der Kugel 4 des Kugelzapfens 5 aufgebrachten Kugelschale 3.
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Diese angespritzte Kugelschale 3 ist formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Kugelzapfen 5, genauer gesagt mit der Kugel 4 des Kugelzapfens 5, verbunden. Eine Außenoberfläche der Kugelschale 3 ist vorteilhafterweise bezüglich Rundheit und Flächenform sehr genau ausgebildet. Sie kann beispielsweise Fetttaschen 12, wie in 11 gezeigt, oder andere Vertiefungen aufweisen. Die Spritzform ist entsprechend ausgebildet, um diese Struktur der Außenoberfläche der Kugelschale 3 während deren Herstellung zu erzeugen.
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Die Kugelschale 3 kann beispielsweise eine variable Wandstärke aufweisen, d. h. abschnittsweise unterschiedliche Wandstärken, und/oder eine Verstärkung des Kunststoffs mit Fasern aufweisen, d. h. aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet sein. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass vor dem Schließen der Spritzform in die Spritzform und/oder auf die Kugel 4 des Kugelzapfens 5 entsprechende Fasern eingelegt bzw. aufgelegt werden und/oder indem der Kunststoff, der in die Spritzform eingespritzt wird, bereits mit entsprechenden Fasern vermischt ist.
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Im Verfahren zur Herstellung des Kugelgelenks 2 wird ein die Kugelschale 3 aufweisender Abschnitt dieser Kugelzapfeneinheit 1 in einem Kugelgelenkgehäuse 13 angeordnet und das Kugelgelenkgehäuse 13 wird mit einem Verschlussring 14 verschlossen. Die 12 und 13 zeugen beispielhaft zwei Ausführungsforme eines solchen Kugelgelenks 2.
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Um dies zu ermöglichen, ist insbesondere vorgesehen, dass im Kugelgelenkgehäuse 13 eine kugelförmige Fläche, insbesondere durch mechanische Bearbeitung, insbesondere unter Einhaltung enger Flächenformtoleranzen und kleiner Rauigkeiten, hergestellt wird und ebenfalls im Verschlussring 14 eine kugelförmige Fläche, insbesondere durch mechanische Bearbeitung, insbesondere unter Einhaltung enger Flächenformtoleranzen und kleiner Rauigkeiten, hergestellt wird.
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Die Kugelzapfeneinheit 1, insbesondere deren die Kugelschale 3 aufweisender Abschnitt, wird dann in diesem Kugelgelenkgehäuse 13 angeordnet und mittels des das Kugelgelenkgehäuse 13 verschließenden Verschlussrings 14 fixiert. Um dies zu ermöglichen, sind das Kugelgelenkgehäuse 13 und der Verschlussring 14 derart ausgebildet, dass eine Trennung zwischen Kugelgelenkgehäuse 13 und Verschlussring 14 genau am Äquator des Abschnitts der Kugelzapfeneinheit 1 mit Kugelschale 3 vorgesehen ist. Dies ist die Voraussetzung für eine Montierbarkeit des Kugelgelenkes 2 nach diesem Prinzip.
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In einer möglichen Ausführungsform, dargestellt in 13, ist zusätzlich eine Dichtung 15 im Verschlussring 14 integriert. Um die Dichtheit sicherzustellen, darf die Außenfläche der Kugelschale 3 beim in 11 durch sechste Pfeile P6 dargestellten Schwenken des Kugelgelenks 2 nicht den Kontakt zur Dichtung 15 verlieren. Die Lage der Dichtung 15 ist daher auf die Größe der Kugelschale 3 abgestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10227014 A1 [0002]
- DE 29617276 U1 [0003]
- DE 1575550 A1 [0004]
- DE 3127710 A1 [0005]
- EP 1357306 A1 [0006]
