DE10239652B4 - Folienhinterspritzte Kugelschale - Google Patents

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Abstract

Lagerschale für ein Kugelgelenk, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale einen Kern aus Kunststoff (4) aufweist, der von einer Folie (3) zumindest bereichsweise ummantelt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerschale für ein Kugelgelenk insbesondere für Kraftfahrzeuge, das Verfahren zur Herstellung der Lagerschale sowie das Kugelgelenk an sich gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1, 10 und 15.
  • Lagerschalen für Kugelgelenke insbesondere für Kraftfahrzeuge sind zum Beispiel aus der DE 29617276 U1 bekannt. Die DE 29617276 U1 offenbart ein in einem 1-Komponenten-Verfahren umspritztes Kugelgelenk, bei dem die Lagerschale aus einem einzigen Kunststoff spritzgusstechnisch erzeugt wird. Aus dieser Bauweise ergibt sich in der Praxis das Problem, dass bei Einsatz eines relativ günstigen Kunststoffes dieser entweder in unverstärkter Form tribologisch gut geeignet ist, dann jedoch keine genügende Festigkeit aufweist, oder nur dann gute Festigkeitseigenschaften besitzt, wenn er eine Faserverstärkung aufweist. Durch Letztere büßt der Kunststoff allerdings seine guten tribologischen Eigenschaften ein. Außerdem besteht die Gefahr des erhöhten Verschleißes durch direkten Kontakt und damit begünstigte Abrasion an der Gelenkkugel des Kugellagers durch die zur Verstärkung in den Kunststoff eingefügten Zusätze. Abhilfe könnte ein Werkstoff mit guten mechanischen und gleichzeitig guten tribologischen Werkstoffeigenschaften schaffen, der jedoch nachteilig sehr teuer ist.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Lagerschale für ein Kugelgelenk ist ferner aus der DE 4108219 C2 bekannt. Die DE 4108219 C2 beschreibt ein 2-Komponenten-Verfahren, bei dem zunächst eine Gleitschicht auf eine Gelenkkugel aufgebracht wird. In einem weiteren besonders dafür geeigneten Arbeitsgang wird auf diese Schicht eine weitere Schicht, bestehend aus einem Fasergeflecht, aufgebracht. Danach wird der so zweifach beschichtete Kugelzapfen in eine Montagevorrichtung eingesetzt, die dann in das Gehäuse des Kugelgelenkes eingesetzt wird. Der Zweikomponenten-Kunststoff wird eingespritzt, so dass dieser das an der Oberfläche der Gelenkkugel anliegende Fasergeflecht in sich einbettet und nach Auskühlung in dieser Kombination eine Lagerschale bildet. Nach dem Aushärten des Kunststoffes wird das Kugelgelenk aus der Vorrichtung entfernt und mit einem Deckel abgestützt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der erhebliche Montageaufwand, wodurch die Herstellung zeitaufwendig, teuer und fehleranfällig ist. Auch der zur Aufbringung des Fasergeflechts notwendige separate Arbeitsgang verursacht zusätzliche Kosten.
  • Das Niederdruckverfahren wird zum fließarmen Hinterfüttern von Folien und Textildekoren zur ästhetischen Verkleidung von Kunststofformteilen für Innenverkleidungen von Fahrzeugen angewendet.
  • In der DE 199 59 199 A1 wird ein Gleitlager mit einer Lauffläche offenbart, wobei auf die Lauffläche eine Verbundfolie aus mehreren unterschiedlichen Folien aufgeklebt wird. Diese die Lagerschale darstellende Verbundfolie besitzt allerdings nur eine ungenügende Elastizität und ungenügende Kriecheigenschaften.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagerschale bereitzustellen, die bei guten Festigkeits- und Kriecheigenschaften gekoppelt mit guten tribologischen Eigenschaften einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Lagerschale sowie einem Verfahren gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 10 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Lagerschale, welche sowohl ein- als auch mehrteilig ausgeführt sein kann, weist einen verstärkten Kunststoff auf, der im Bereich der Gelenkkugelanlagefläche von einer Folie ummantelt ist. Durch die Ummantelung wird der verstärkte Kunststoff vorteilhaft von einem direkten Kontakt mit der Gelenkkugel getrennt, so dass die Gefahr des Verschleißes, der durch von den zur Verstärkung hinzugegebenen Fasern oder Glimmern hervorgerufenen Abrieb an der Gelenkkugel entstehen kann, verringert wird. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft eine erhöhte Lebensdauer, da ein Schutz der Anlageflächen der Gelenkkugel realisiert wird, ohne dass auf die durch die Verstärkung begünstigten Festigkeits- und Kriecheigenschaften verzichtet werden muss.
  • Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lagerschale beginnt mit einem Einlegen einer Folie in ein Spritzgießwerkzeug. Nachdem das Werkzeug geschlossen ist, wird die Folie mit einem Kunststoff hinterspritzt, welcher den Kern der Lagerschale bildet. Nach dem Abkühlvorgang entsteht so eine Lagerschale die zumindest im Bereich der Anlagefläche der Gelenkkugel eine Folie mit guten tribologischen Eigenschaften aufweist. Je nachdem, welcher Kunststoff verarbeitet wird, kommt entweder das herkömmliche Spritzgießen oder das Niederdruckverfahren zum Einsatz. Durch das Niederdruckverfahren lassen sich vorteilhaft weitestgehend eigenspannungsfreie und verzugsarme Bauteile aufgrund einer gleichmäßigen Druckverteilung und vergleichsweise geringer Fließwege herstellen. Besonders vorteilhaft erweist sich dieses einstufige Verfahren bei der Verarbeitung von Duroplasten. Bei der Verarbeitung von Thermoplasten können sowohl das herkömmliche Spritzgießen als auch das Niederdruckverfahren zum Einsatz kommen. Aufgrund der guten Klebeigenschaften von Duroplasten bzw. Thermoplasten stellt die Haftung zwischen Folie und Kern in der Regel kein Problem dar. Folie und Kern haften aneinander, ohne einen zusätzlichen Klebstoff oder eine weitere Wärmebehandlung zu benötigen.
  • Folie und Kern können vorteilhaft aus dem gleichen Grundmaterial gefertigt sein, wodurch die Materialkosten gesenkt werden. Thermoplaste zeigen unter Last bei großen Temperaturen häufig Kriechneigung. Auch die Festigkeitswerte sinken bei Zunahme der Betriebstemperatur. Durch Zusätze von Fasern, Glimmern, Mineralen und/oder Kugeln im Kern der Lagerschale können die Festigkeits- und Kriecheigenschaften verbessert werden. Ein individuelles Anpassen an die entsprechend der Belastung geforderten Festigkeits- und Kriechwerte wird einfach durch die Menge der Zumischung der verstärkend wirkenden Zusätze in das Grundmaterial möglich. Duroplaste haben die Eigenschaft, unter Belastung nicht zu kriechen und weisen eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Durch geeignete Füllstoffe kann zudem die Festigkeit gesteigert und die thermische Ausdehnung verringert werden.
  • Die guten tribologischen Eigenschaften des Grundmaterials und damit auch der eingesetzten, mit dem verstärkten Material hinterspritzten Folie vermeiden abrasiven Verschleiß an der Gelenkkugel des Kugelgelenks, der durch Reibung von Zusätzen an der Gelenkkugel im Betrieb entstehen kann.
  • In einer weiter ausgebildeten Ausführungsform weist die Lagerschale im Kernbereich Schlitze auf, die einen Toleranzausgleich der Lagerschale im Betrieb ermöglichen. Eine weitere Möglichkeit des Toleranzausgleichs bietet die Montage eines Gummirings unterhalb der Lagerschale.
    •
  • Im folgenden werden mögliche Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1: Querschnitt durch ein im Werkzeug befindliches Lagerschalenunterteil;
  • 2: Ausführungsbeispiele für ein einteiliges Lagerschalenunterteil;
  • 3: Fertigung eines Lagerschalenoberteils mit Polkappenaussparung;
  • 4: Lagerschalenoberteil mit Polkappenaussparung;
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch ein im Werkzeug 1 befindliches Lagerschalenunterteil 2 einer mehrteiligen Lagerschale. Das Lagerschalenunterteil 2 weist eine Folie 3 mit guten tribologischen Eigenschaften auf, die mit einem der Verstärkung dienenden Kern 4 hinterspritzt ist. Zur Herstellung des Lagerschalenunterteils 2 wird zunächst eine Folie 3 in das Werkzeug 1 eingelegt. Dabei kann die Folie 3 in einem vorangehenden Arbeitsschritt vorgeformt sein, oder die Formgebung erst beim Einsetzen der Folie 3 durch das beheizte obere Teil des Werkzeuges 1 erfolgen. Nachdem die Folie 3 in das Werkzeug 1 eingesetzt ist, wird das Werkzeug 1 verschlossen und die Folie 3 durch einen zur Verstärkung dienenden Kunststoff 4 hinterspritzt. Dazu wird der entsprechende Kunststoff über den Anguß 5 in das geschlossene Werkzeug eingeleitet. Je nach Art des zu verarbeitenden Kunststoffes kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Bei der Verarbeitung von Thermoplasten wird die Hinterspritzung der Folie vorwiegend durch ein herkömmliches Spritzgußverfahren realisiert, die Hinterspritzung durch Duroplaste erfolgt vorwiegend mit dem Niederdruckverfahren. Aufgrund der guten Haftungseigenschaften der eingesetzten Kunststoffe ist ein zusätzliches Verkleben der Folie mit dem hinterspritzten Kunststoff nicht notwendig.
  • 2 zeigt verschiedene Ausführungsformen eines nach 1 gefertigten Lagerschalenunterteils. Je nach Form des Werkzeuges kann der Boden des Lagerschalenunterteils eckig 6 oder rund 7 ausgeführt sein. An das Lagerschalenunterteil kann im oberen Bereich der Lagerschale ein nach außen gerichteter umlaufender Kragen 8 angeformt sein. Dieser dient als Auflagefläche der in einem weiteren Schritt aufzusetzenden Oberschale. Nicht dargestellt können Schlitze im Bereich der Hinterspritzung, also im Bereich des verstärkten Kunststoffes, einen zusätzlichen Toleranzausgleich hervorrufen. Je nach Anordnung der Schlitze kann es notwendig sein, mehrere Angußpunkte vorzusehen.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeuges durch welches es möglich wird, ein Lagerschalenoberteil, wie es auch in 4 dargestellt ist, mit Polkappenaussparung herzustellen. Die spezielle Formgebung des Werkzeuges 1 in Form eines Vorsprunges 9 ermöglicht die Erzeugung von Polkappenaussparungen 10, in die im späteren Verlauf ein nicht dargestellter Kugelzapfen eingesetzt wird.
  • Nicht dargestellt ist die Herstellung einer einteiligen Lagerschale. Durch entsprechende Ausformung des Werkzeuges mit entsprechender Foliengestaltung ist die Herstellung einer einteiligen Lagerschale auch möglich.
    • 1
    Werkzeug
    2
    Lagerschalenunterteil
    3
    Folie
    4
    hinterspritzter Kunststoff
    5
    Anguß
    6
    Lagerschalenunterteil mit eckigem Boden
    7
    Lagerschalenunterteil mit rundem Boden
    8
    umlaufender Kragen
    9
    Vorsprung Werkzeug
    10
    Polkappenaussparung
    11
    Lagerschalenoberteil

Claims (15)

  1. Lagerschale für ein Kugelgelenk, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale einen Kern aus Kunststoff (4) aufweist, der von einer Folie (3) zumindest bereichsweise ummantelt ist.
  2. Lagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) und der weitere Kunststoff (4) aus dem gleichen Grundmaterial bestehen.
  3. Lagerschale nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale mehrteilig ausgeführt ist, wobei mindestens ein Teil einen Kern aus Kunststoff (4) aufweist, der von einer Folie (3) zumindest bereichsweise ummantelt ist.
  4. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale ein Lagerschalenunterteil (2) und ein Lagerschalenoberteil (11) aufweist, wobei das Lagerschalenunterteil (2) und/oder das Lagerschalenoberteil (11) einen Kern aus Kunststoff (4) aufweist, der von einer Folie (3) zumindest bereichsweise ummantelt ist.
  5. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4) zur Verstärkung der Lagerschale Zusätze im Kunststoff insbesondere in Form von Glimmer, Fasern und/oder Kugeln aufweist.
  6. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) aus einem unverstärkten Kunststoff mit insbesondere geeigneten tribologischen Zusätzen ist.
  7. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Duroplast oder ein Thermoplast ist.
  8. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschalenunterteil (2) und/oder Lagerschalenoberteil (11) toleranzausgleichende Schlitze im Kern (4) aufweist.
  9. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschalenoberteil (11) Aussparungen (10) im Polbereich aufweist.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt die Folie (3) in ein Werkzeug (1) eingelegt und in einem zweiten Verfahrensschritt mit Kunststoff (4) hinterspritzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterspritzung (4) durch einen Spritzgußprozeß oder durch ein Niederdruckverarbeitungsverfahren erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) in einem vorausgehenden Schritt vorgeformt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung der Folie (3) durch das Werkzeug (1) erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der der Folie (3) formgebende Teil des Werkzeuges (1) beheizt ist.
  15. Kugelgelenk unter Verwendung der Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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