DE19958149A1 - Kugelgelenk und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Ein Kugelgelenk umfaßt einen Kugelzapfen (1), eine Lagerschale (5) aus Kunststoff, in der der Kugelzapfen (1) dreh- und schwenkbar gehalten ist, und ein Kugelgelenkgehäuse (8), in dem die Lagerschale (5) eng aufgenommen ist. Zur Vereinfachung der Herstellung eines Kugelgelenks mit Kunststoff-Lagerschale unter Erhaltung der Möglichkeit einer gezielten Einstellung der Flächenpaarung Lagerschale/Kugelzapfen ist die Lagerschale (5) um den Kugelzapfen (1) aus mindestens zwei Teilabschnitten (5a, 5b; 5c) zusammengefügt, die abdichtend aneinander anschließen, und das Kugelgelenkgehäuse (8) außenseitig an die Lagerschale (5) angegossen bzw. angespritzt. Zudem wird ein hierfür geeignetes Herstellungsverfahren angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, umfassend einen Kugelzapfen, eine Lagerschale aus Kunststoff, in der der Kugelzapfen dreh- und schwenkbar gehalten ist, und ein Kugelgelenkgehäuse, in dem die Lagerschale eng aufgenommen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kugelgelenkes.

Die Herstellung von Kugelgelenken mit Lagerschalen aus Kunststoff ist durch das generelle Problem gekennzeichnet, daß die Lagerschale für ein sicheres Halten des Kugelzapfens diesen mehr als zur Hälfte umgeben muß, um eine unbeabsichtigte Trennung der Lagerschale von den Kugelzapfen zu verhindern. Aufgrund der mehr als hälftigen Umschließung des Kugelzapfens durch die Lagerschale ist es nicht möglich, diese beiden Bauteile ohne weiteres zusammenzustecken. Vielmehr sind hierzu weitere Maßnahmen erforderlich. Während die Lagerschale im Hinblick auf den Kugelzapfen vorwiegend unter tribologischen Gesichtspunkten ausgelegt wird, sorgt das die Lagerschale umgebende Kugelgelenkgehäuse für eine ausreichende strukturelle Steifigkeit des Kugelgelenks.

Aus dem Stand der Technik sind zur Herstellung solcher Kugelgelenke eine Vielzahl von Verfahren bekannt. Dabei lassen sich zwei grundsätzliche Vorgehensweisen unterscheiden. In einer ersten Technik wird zunächst die Lagerschale an dem Kugelzapfen angeordnet und nachfolgend das Kugelgelenkgehäuse angebracht. Eine weitere Technik besteht darin, den Kugelzapfen in ein etwas größeres Kugelgelenkgehäuse mit Spiel einzubetten und den verbleibenden Zwischenraum zur Formung der Lagerschale mit Kunststoff auszufüllen. Die bisher bekannten Verfahren vermögen jedoch im Hinblick auf den fertigungstechnischen Aufwand nicht vollständig zu überzeugen.

Aus der EP 0 778 421 A1 ist ein Kugelgelenk bekannt, bei dem eine Kunststoff-Lagerschale aus zwei Hälften zusammengesetzt wird, wobei die Hälften an ihrem Scheitelpunkt über ein Filmscharnier miteinander verbunden sind. Die beiden Hälften sind an ihren Innenflächen dem Kugelzapfen entsprechend sphärisch ausgebildet. Zur Montage des Kugelgelenkes werden zunächst die beiden Hälften über dem Kugelzapfen zusammengeklappt. Anschließend wird auf die solchermaßen gebildete Lagerschale ein vorgefertigtes Kugelgelenkgehäuse aufgesetzt, das zu diesem Zweck mit einer Ausnehmung ausgebildet ist, die teils der Außenkontur der Lagerschale nachgebildet ist, zur Ermöglichung des Aufsetzens jedoch zylindrisch ausläuft. Durch die Ausnehmung werden die Lagerschalenhälften in ihrer Position fixiert. Weiterhin muß anschließend zur Axialsicherung des Kugelgelenkgehäuses gegen die Lagerschale bzw. den Kugelzapfen der zylindrisch auslaufende Teil in Anlage gegen die Außenseite der Lagerschale gebracht werden, wozu dieser plastisch verformt wird.

Anstelle der plastischen Verformung des zylindrisch auslaufenden Teils des vorgefertigten Gehäuses ist es auch möglich, das Kugelgelenkgehäuse mittels eines Sicherungsringes axial festzulegen, wie dies beispielsweise aus der DE 33 06 151 A1 und der US 4,318,627 A bekannt ist. Während die DE 33 06 151 A1 zum Aufsetzen der Lagerschale auf den Kugelzapfen separate Lagerschalenhälften offenbart, lehrt die US 4,318,627 A eine mehrfach geschlitzte und damit radialelastische Lagerschale.

Die Vorgehensweise zur Anbringung bzw. Sicherung des Kugelgelenkgehäuses ist insbesondere im Fall der EP 0 778 421 A1 aufwendig. Bei den Kugelgelenken nach der DE 33 06 151 A1 und der US 4,318,627 A hingegen liegt die Ausreißkraft für den Kugelzapfen auf einem relativ niedrigen Niveau.

Zur Vereinfachung der Fertigung wurde in der DE 296 16 350 U1 ein Kugelgelenk vorgeschlagen, bei dem der Kugelzapfen in einen in etwa sphärischen Hohlraum eines vorgefertigten Kugelgelenkgehäuses eingebracht wird. Ein zwischen dem Kugelzapfen und einer Innenwand des sphärischen Hohlraumes gebildeter, schalenartiger Raum wird anschließend mit Kunststoff ausgefüllt, um die Lagerschale zu bilden. Hierdurch wird gleichzeitig die Axialsicherung des Kugelgelenkgehäuses gegenüber der Lagerschale bewirkt. Durch die gießtechnische Erzeugung der Lagerschale unmittelbar gegen den Kugelzapfen ist es jedoch nicht möglich, die Oberflächengestalt der Lagerschale in irgend einer Weise zu beeinflussen, so daß die Möglichkeiten einer tribologischen Optimierung der Paarung Lagerschale/Kugelzapfen allenfalls gering sind.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, unter Erhaltung der Möglichkeit einer gezielten Einstellung der Flächenpaarung Lagerschale/Kugelzapfen die Herstellung eines Kugelgelenks mit Kunststoff-Lagerschale zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes der eingangs genannten Art gelöst, bei dem eine aus mindestens zwei Teilabschnitten gebildete Lagerschale um den Kugelzapfen fest zusammengefügt wird, unter Abdichtung der Teilabschnitte untereinander gegen den Kugelzapfen, und bei dem anschließend die so gebildete Lagerschale mit dem Kugelgelenkgehäuse umgossen bzw. umspritzt wird.

Diese Vorgehensweise unterscheidet sich von den oben genannten dadurch, daß das Kugelgelenkgehäuse zuletzt hergestellt wird, wobei hierdurch gleichzeitig die Axialsicherung zu der Lagerschale vorgenommen wird. Weitere Maßnahmen, wie beispielsweise bei dem Kugelgelenk nach der EP 0 778 421 A1, sind hier nicht mehr erforderlich. Damit ergibt sich eine erhebliche fertigungstechnische Erleichterung. Im Unterschied zu der DE 296 16 350 U1 bleiben jedoch für eine tribologische Optimierung der Reib- bzw. Gleitpaarung Lagerschale/Kugelzapfen alle Möglichkeiten erhalten, da die Oberflächenstruktur der Lagerschale z. B. in ihrer Rauhigkeit gezielt eingestellt werden kann. Zudem besteht die Möglichkeit, an dieser Schmiermitteltaschen, -nuten und dergleichen vorzusehen, sofern die Einsatzbedingungen dies erfordern.

Insbesondere bei einer spritzgießtechnischen Herstellung des Kugelgelenkgehäuses muß verhindert werden, daß das Material des Kugelgelenkgehäuses zur der Gleitpaarung zwischen der Lagerschale und dem Kugelzapfen vordringt, da hierdurch das Gleitverhalten zwischen den zueinander beweglichen Teilen des Kugelgelenkes negativ beeinträchtigt werden könnte. Die Lagerschalen nach den oben bereits erwähnten Druckschriften EP 0 778 421 A1, DE 33 06 151 A1 und US 4,318,627 A sind zu diesem Zweck nicht geeignet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden daher zunächst Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften hergestellt, die an ihren Berührflächen mit Dichtvorrichtungen versehen werden. Die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften werden dann unter Anlage ihrer Berührflächen auf den Kugelzapfen aufgesetzt werden und in definierter Lage dauerhaft miteinander verkoppelt.

Hierdurch wird einerseits sichergestellt, daß eine bereits in ihren Einzelteilen fertig vorgeformte Lagerschale auf den Kugelzapfen aufgesetzt werden kann, so daß Materialbeeinträchtigungen infolge einer ansonsten erforderlichen Formanpassung der Lagerschalenteilabschnitte vermieden werden. Andererseits wird eine ausreichende Dichtigkeit der Lagerschale bei einem nachfolgenden Anspritzen bzw. Angießen des Kugelgelenkgehäuses gewährleistet.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Kugelzapfen mit der Lagerschale in einen Formhohlraum eines Formwerkzeuges eingebracht, wobei zwischen dem Formwerkzeug und der Lagerschale ein Hohlraum verbleibt, der dem zu formenden Kugelgelenkgehäuse entspricht. Ein zwischen einem Außenrand der Lagerschale und dem Formwerkzeug verbleibender Ringspalt wird durch einen ringartigen Stempel abgedeckt, um den Hohlraum zu verschließen. Der Hohlraum wird dann mit dem Material des Kugelgelenkgehäuses ausgefüllt.

Die Abdichtung von Spritzgießformen erfordert insbesondere bei größeren Drücken ausreichend hohe Schließkräfte. Bei nicht-planen Flächen, wie beispielsweise in der DE 296 16 350 U1 an der Kugeloberfläche des Kugelzapfens läßt sich eine gute Dichtwirkung nur sehr schwer realisieren. In der Regel müssen in einem solchen Fall Segmentbacken verwendet werden, die an der Kugeloberfläche zusammengefahren werden. Der werkzeugtechnische Aufwand ist dabei nicht unbeachtlich.

Durch die Verwendung einer vorgefertigten Lagerschale auf dem Kugelzapfen kann bei der nachfolgenden gießtechnischen Herstellung des Kugelgelenkgehäuses die Abdichtung des Formwerkzeuges bzw. einer Gußform gegen einen planen Außenrand der Lagerschale erfolgen. Ein aufwendig segmentiertes Schließwerkzeug ist dabei nicht mehr erforderlich. Vielmehr genügt ein einfacher, ringförmiger Stempel, der gegen den Außenrand der Lagerschale und die Gußform gefahren wird, um auch höheren Gießdrücken Stand zu halten.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Teilabschnitte der Lagerschale mit Verrastelementen hergestellt, die bei dem Zusammensetzen der Teilabschnitte um den Kugelzapfen miteinander in Eingriff gebracht werden. Hierdurch läßt sich die Montage der Lagerschale auf dem Kugelzapfen einfach gestalten, da auf zusätzliche Sicherungsmittel, welche die Lagerschalenteilabschnitte in ihrer Position zueinander fixieren, verzichtet werden kann. Dadurch wird überdies die Teilevielfalt des Kugelgelenkes gering gehalten. Zudem wird gewährleistet, daß bei einem Vorhandensein einer ausreichenden Anzahl von Teilabschnitten keine Sicherungsmittel fehlen können. Weiterhin kann durch die Verrastelemente die richtige Positionierung der Teilabschnitte zueinander kontrolliert werden, so daß ein zuverlässiges Dichten der Berührflächen sichergestellt wird.

Zur weiteren Vereinfachung der Handhabung der Lagerschalenteilabschnitte bei der Montage ist es vorteilhaft, zwei Teilabschnitte in einem Fertigungsschritt herzustellen, wobei diese über ein Filmgelenk an einer Stelle miteinander verbunden bleiben. Dies ist besonders vorteilhaft wenn die Lagerschale aus lediglich zwei Lagerschalenhälften zusammengesetzt wird.

Um eine besonders stabile Kopplung der Teilabschnitte zu erzielen, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Filmgelenk und/oder die Verrastelemente bezogen auf eine Hauptachse des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des Kugelzapfens angeordnet werden.

Für eine besonders effiziente Herstellung hat es sich als günstig erwiesen, zwei Lagerschalenhälften im Spritzgießverfahren herzustellen, an denen als Verrastelement jeweils ein Schnapphaken angeformt ist, der mit einer Nut an der jeweils anderen Lagerschalenhälfte koppelbar ist, und die beiden Lagerschalenhälften bei dem Zusammenbau um den Kugelzapfen über die Schnapphaken und Nuten miteinander zu verrasten. Das Einrasten der Schnapphaken bietet eine zuverlässige Kontrollmöglichkeit für ein positionsrichtiges Zusammenfügen. Zudem sorgen die Schnapphaken für eine gewisse Andruckkraft an den Berührflächen der Lagerschalenhälften untereinander, wodurch die Dichtwirkung dort unterstützt wird.

In einer alternativen Ausgestaltung hierzu werden zwei Lagerschalenhälften im Spritzgießverfahren hergestellt, die über ein Filmscharnier einseitig miteinander verbunden bleiben, wobei an einer Lagerschalenhälfte dem Filmscharnier gegenüberliegend als Verrastelement ein Schnapphaken angeformt ist, der mit einer Nut an der anderen Lagerschalenhälfte koppelbar ist. Die beiden Lagerschalenhälften werden bei dem Zusammenbau um den Kugelzapfen zusammengeklappt und über den Schnapphaken und die Nut miteinander verrastet. Diese Lösung besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß bei der Montage die Lagerschalenhälften stets als ein handhabbares Bauteil gemeinsam vorliegen.

Die oben angegebene Aufgabe wird weiterhin durch ein Kugelgelenk der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Lagerschale um den Kugelzapfen aus mindestens zwei Teilabschnitten zusammengefügt ist, die abdichtend aneinander anschließen, und bei dem das Kugelgelenkgehäuse außenseitig an die Lagerschale angegossen bzw. angespritzt ist. Ein solches Kugelgelenk ist, wie oben erläutert, einfach herstellbar und bietet gleichzeitig die Möglichkeit einer gezielten tribologischen Einstellung der Gleitpaarung der Lagerschale mit dem Kugelzapfen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kugelgelenkes sind die Teilabschnitte der Lagerschale an ihren Berührflächen mit formschlüssigen Dichtvorrichtungen ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonderes gute Dichtwirkung der Teilabschnitte untereinander, die auch hohen Spritzdrücken zuverlässig Stand hält.

Vorzugsweise sind die Teilabschnitte der Lagerschale mit Verrastelementen versehen, die im zusammengebauten Zustand des Kugelgelenkes miteinander in Eingriff stehen. Hierdurch wird, wie oben ebenfalls bereits näher erläutert, eine schnelle und einfache Montage der Lagerschale gewährleistet.

Zur weiteren Verbesserung der Handhabung der Lagerschalenteilabschnitte sind zwei Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften, an einer Stelle über ein Filmgelenk miteinander verbunden.

Vorzugsweise sind das Filmgelenk und/oder die Verrastelemente bezogen auf eine Hauptachse des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des Kugelzapfens angeordnet, wodurch sich eine besonders stabile Verbindung der Teilabschnitte verwirklichen läßt.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist die Lagerschale aus zwei Lagerschalenhälften zusammengesetzt, an denen als Verrastelement jeweils ein Schnapphaken angeformt ist, der im zusammengebauten Zustand mit einer Nut an der jeweils anderen Lagerschalenhälfte verrastet ist. Alternativ hierzu ist die Lagerschale aus zwei Lagerschalenhälften zusammengesetzt, die über ein Filmscharnier einseitig miteinander verbunden sind, wobei an einer Lagerschalenhälfte dem Filmscharnier gegenüberliegend ein Schnapphaken als Verrastelement angeformt ist, der im zusammengebauten Zustand mit einer Nut an der anderen Lagerschalenhälfte verrastet ist. In beiden Fällen ergibt sich eine besonders effiziente Montage der Lagerschale, da die lediglich zwei Hälften bloß gegeneinandergedrückt werden müssen, um passend ineinander einzurasten. Gleichzeitig wird dabei an den Berührflächen eine Dichtkraft bereitgestellt. Die einstückige Ausbildung vereinfacht die Handhabung weiter, da durch das Filmgelenk bereits eine Vorpositionierung der Hälften zueinander vorgenommen ist.

Zur Verbesserung der Gleitwirkung insbesondere bei höheren Lasten ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Lagerschale an ihrer zu dem Kugelzapfen weisenden Innenwand mit einer oder mehreren Schmiermittelnuten versehen.

Alternativ oder in Ergänzung hierzu können die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften der Lagerschale aus einem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten, beispielsweise Polyoxymethylen gefertigt werden.

Vorzugsweise sind die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften der Lagerschale als Spritzgußteile ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kugelgelenkes mit einer Lagerschale aus Kunststoff;

Fig. 2 eine Ansicht der Lagerschale aus Fig. 1 von unten;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Lagerschale von Fig. 1 entlang einer die Hauptachse A des Kugelgelenkes aufweisenden Ebene;

Fig. 4 eine Schnittansicht der Lagerschale entlang der Linie B-B in Fig. 3;

Fig. 5 eine aus zwei Lagerschalenhälften gebildete Lagerschale, deren Lagerschalenhälften über ein Filmgelenk miteinander verbunden sind; und in

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch eine aus zwei separaten Lagerschalenhälften gebildete Lagerschale unterscheidet, deren Lagerschalenhälften über Schnapphaken miteinander verbunden sind.

Das erste Ausführungsbeispiel zeigt in Fig. 1 ein Kugelgelenk im zusammengebauten Zustand, wobei zusätzlich ein bei der Herstellung verwendeter Hohlzylinder Z mit dargestellt ist, der jedoch selbst nicht Teil des Kugelgelenks wird, sondern vielmehr ein Teil eines Formwerkzeuges bildet.

Das Kugelgelenk umfaßt einen Kugelzapfen 1 mit einer sphärischen Oberfläche 2, der hier am Ende einer langgestreckten Gelenkstange 3 ausgebildet ist. Die sich entlang der Hauptachse A des Kugelgelenkes erstreckende Gelenkstange 3 ist weiterhin mit einem Schlüsselabsatz 4 versehen, über den der Hohlzylinder Z ausgerichtet bzw. geführt werden kann. In dem Ausführungsbeispiel ist die Gelenkstange 3 mit dem Kugelzapfen 1 einstückig aus einem metallischen Werkstoff, bevorzugt aus Stahl hergestellt.

Auf den Kugelzapfen 1 ist eine zweigeteilte Lagerschale 5 aufgesetzt, welche die sphärische Oberfläche 2 des Kugelzapfens 1 mehr als zur Hälfte umgibt. Wie aus den Fig. 2 bis 4 zu erkennen ist, weist die Lagerschale 5 eine im wesentlichen zylindrische Außenform auf, an der in dem Ausführungsbeispiel zwei mit Bezug auf die Hauptachse A übereinanderliegende Ringvorsprünge 6 und 7 vorgesehen sind. Die Außenform ist jedoch nicht auf die in dem Ausführungsbeispiel gezeigt Gestalt beschränkt. Vielmehr kann die Außenform im Hinblick auf ein an diese anzuformendes Kugelgelenkgehäuse 8 je nach Bedarf weitestgehend frei gestaltet werden.

Die Innenform der Lagerschale 5 ist hingegen der sphärischen Oberfläche 2 des Kugelzapfens 1 angepaßt. Dazu ist eine Innenwand 9 der Lagerschale 5 ebenfalls sphärisch ausgebildet, wodurch zwischen dieser und der sphärischen Oberfläche 2 des Kugelzapfens 1 eine Gleitflächenpaarung geschaffen wird. In der Innenwand 9 sind Ausnehmungen zur Aufnahme eines Schmiermittels vorgesehen. Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, sind diese Ausnehmungen als Nuten 10 ausgebildet, wobei in dem Ausführungsbeispiel drei durchgehende Nuten vorgesehen sind, die sich über den geschlossenen Scheitel der Innenwand 9 erstrecken und die sternförmig um die Hauptachse A angeordnet sind. Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die Nuten 10 nicht bis zu einem Außenrand 11 der an der offenen Axialseite der Lagerschale 5 verlaufen. Hierdurch wird eine frühzeitige Verdrängung des Schmiermittels aus dem Kugelgelenk vermieden. Die Nuten 10 wirken vielmehr als Schmiermittelreservoir.

Anstelle der dargestellten Nuten können andersartig geformte Schmiermitteltaschen vorgesehen werden. Auch eine glattsphärische Ausbildung der Innenwand 9 ist möglich. Eine gute Beweglichkeit des Kugelzapfens 1 in der Lagerschale 5 wird weiterhin durch die Verwendung eines Kunststoffes begünstigt, der mit dem Material des Kugelzapfens 1 einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist. In dem Ausführungsbeispiel kann die Lagerschale 5 beispielsweise aus Polyethylen, Polypropylen, Polyethersulfon, Polyetherketon oder Polyamid hergestellt werden. Als besonders geeignet hat sich Polyoxymethylen (POM) erwiesen.

Die Teilung der Lageschale 5 in zwei Lagerschalenhälften 5a und 5b erfolgt in einer Ebene, welche die Hauptachse A des Kugelgelenkes enthält. Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf die Trennebene bzw. die Berührfläche 12a einer Lagerschalenhälfte 5a. Die gegenseitige Lagerschalenhälfte 5b mit der zugehörigen Berührfläche 12b ist in Fig. 3 dargestellt.

An den Berührflächen 12a und 12b sind Dichtvorrichtungen vorgesehen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel formschlüssig ineinandergreifen, so daß im zusammengebauten Zustand der Lagerschale 5 entlang der gesamten Berührflächen 12a und 12b eine hohe Dichtwirkung erzielt wird. Die Dichtvorrichtungen umfassen an einer Berührfläche 12b einen rippenartigen Vorsprung 13b, der eine Schnittkante der Innenwand 9 der Lagerhälfte 5b radial außenseitig vollständig umgibt und jeweils am Außenrand 11 endet. Dem rippenartigen Vorsprung 13b ist an der Berührfläche 12a der anderen Lagerschalenhälfte 5a eine Aufnahmenut 13a zugeordnet, in welcher der Vorsprung 13b im zusammengebauten Zustand der Lagerschale 5 formschlüssig aufgenommen ist.

Prinzipiell wäre es auch möglich, zwischen den Berührflächen 12a und 12b anstelle der formschlüssigen Verbindung beispielsweise ein Dichtband vorzusehen, für das gegebenenfalls geeignete Ausnehmungen angebracht werden. Die formschlüssige Kopplung besitzt jedoch nicht nur gute Dichteigenschaften, vielmehr bewirkt sie gleichzeitig auch die Ausrichtung der Lagerschalenhälften 5a und 5b untereinander, so daß die zugehörigen Abschnitte der Innenwand 9 versatzfrei zueinander ausgerichtet werden.

Nach dem Zusammenfügen der Lagerschalenhälften 5a und 5b müssen diese vor einem nachfolgenden Anbringen des Kugelgelenkgehäuses 8 gegen ein willkürliches Lösen gesichert werden. Dies kann beispielsweise durch zusätzliche Sicherungsmittel wie Bügel, Klammern, Bolzen und dergleichen erfolgen. Auch können die Hälften beispielweise bei oder nach ihrem Zusammenfügen an dem Kugelzapfen 1 miteinander verklebt werden. Zur Vereinfachung des Zusammenbaus sind in dem Ausführungsbeispiel an den Lagerschalenhälften 5a und 5b Verrastelemente vorgesehen, die im zusammengebauten Zustand des Kugelgelenkes miteinander in Eingriff stehen.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen eine erste Verbindungsmöglichkeit. Dabei ist die Lagerschale 5 aus zwei Lagerschalenhälften 5a und 5b zusammengesetzt, die über ein Filmgelenk bzw. -scharnier 14 einseitig miteinander verbunden sind. Auf der dem Filmscharnier 14 gegenüberliegenden Seite ist an eine Lagerschalenhälfte 5b als Verrastelement ein Schnapphaken 15 angeformt, der im zusammengebauten Zustand mit einer Nut 16 an der anderen Lagerschalenhälfte 5a verrastet ist. Fig. 5 zeigt diese Lagerschale 5 im geöffneten Zustand vor dem Aufsetzen auf einen Kugelzapfen 1.

Der Schnapphaken 15 weist einen dünnwandigen, radial elastisch ausfederbaren Bügelabschnitt 19 auf, der mit einem Ende einstückig mit der Lagerschalenhälfte 5b verbunden ist. Das freie Ende des Schnapphakens 15 ist in der Art eines Widerhakens mit einer abgeschrägten Frontfläche 18 ausgebildet, die ein leichtes Überwinden beim Schieben des Hakens über eine Kante erlaubt. An der gegenüberliegenden Seite ist eine zu dem Bügelabschnitt 19 etwa rechtwinklige Haltefläche 17 angeordnet, die ein Zurückziehen über die Kante blockiert.

Die Nut 16 an der anderen Lagerschalenhälfte 5a ist mit einer entsprechenden Verrastkante ausgebildet, an der die Haltefläche 17 hängen bleibt. Vorzugsweise ist die Nut 16 der Kontur des Schnapphakens 15 nachgebildet. Die Lageabstimmung zwischen der Verrastkante der Nut 16 und der Haltefläche 17 erfolgt dabei solchermaßen, daß im verrasteten Zustand die Berührflächen 12a und 12b gegeneinander verspannt sind. Anhand des Einrastens kann die korrekte Verbindung der Lagerschalenhälften 5a und 5b festgestellt werden.

Eine alternative Ausführung ist in Fig. 6 anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt. In diesem Fall ist das Filmscharnier 14 durch eine weitere Verrastung ersetzt, die hier wiederum aus einem Schnapphaken 15 und einer diesem zugeordneten Nut 16 gebildet wird, so daß in Fig. 6 insgesamt zwei Schnapphaken 15 zu erkennen sind. Werden an einer Berührfläche die Dichtausnehmungen 13c und Dichtvorsprünge 13d solchermaßen angeordnet, daß diese am Scheitel der Lagerschalenhälfte 5c einander abwechseln, so können beide Lagerschalenhälften 5c, 5c vollständig gleichartig ausgebildet werden.

In beiden Ausführungsbeispielen sind das Filmgelenk 14 bzw. die Schnapphaken 15 bezogen auf die Hauptachse A des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des Kugelzapfens 1 angeordnet. Zudem sind die Lagerschalenhälften 5a, 5b und 5c als Spritzgußteile ausgebildet.

Im folgenden wird nun der Herstellungsvorgang der zuvor erläuterten Kugelgelenke beispielhaft erläutert.

Die grundsätzliche Vorgehensweise besteht darin, zunächst eine aus mindestens zwei Teilabschnitten gebildete Lagerschale, d. h. in den Ausführungsbeispielen zwei Lagerschalenhälften 5a und 5b bzw. 5c um den Kugelzapfen 1 fest zusammenzufügen, wobei die Teilabschnitte untereinander gegen den Kugelzapfen 1 abgedichtet werden. Anschließend wird dann die so gebildete Lagerschale 5 mit dem Kugelgelenkgehäuse 8 umgossen bzw. umspritzt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 werden hierzu die bereits über das Filmscharnier 14 verbundenen Lagerschalenhälften 5a und 5b um den Kugelzapfen 1 zusammengeklappt. Dabei gelangen die an den Berührflächen 12a und 12b vorgesehenen Dichtvorrichtungen, d. h. die Nut 13a mit dem Vorsprung 13b in definierter Lage zueinander in Eingriff. Sobald die Lagerschalenhälften 5a und 5b ihre lagerichtige Endposition zueinander erreichen, verrasten diese selbsttätig, indem der Schnapphaken 15 über die Verrastkante der Nut 16 springt. Die Lagerschalenhälften 5a und 5b sind solchermaßen in definierter Lage dauerhaft miteinander verkoppelt, so daß die Lagerhälften nicht mehr ohne weiteres voneinander gelöst werden können.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 werden die separaten Lagerhälften 5c, 5c um den Kugelzapfen 1 zusammengesteckt, wobei die Schnapphaken 15 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel bei Erreichen der lagerichtigen Endposition mit den zugehörigen Nuten verrasten.

Hernach wird der Kugelzapfen 1 mit der Lagerschale 5 in einen Formhohlraum eines nicht näher dargestellten Formwerkzeuges eingebracht. Zwischen dem Formwerkzeug und der Lagerschale 5 verbleibt ein Hohlraum, der dem zu formenden Kugelgelenkgehäuse 8 entspricht. Dabei bleibt zwischen dem Außenrand 11 der Lagerschale 5 und dem Formwerkzeug ein Ringspalt offen, der durch einen ringartigen Stempel, hier den Hohlzylinder Z des Formwerkzeuges abgedeckt wird, um den Hohlraum zu verschließen. Anschließend wird der Hohlraum mit dem Material des Kugelgelenkgehäuses 8, bevorzugt einem Kunststoff, ausgegossen bzw. ausgespritzt.

Die Außenform der Lagerschale 5 wie auch die des Kugelgelenkgehäuses 8 kann durch entsprechende Formgebung bedarfsweise eingestellt werden. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem Außenzylinder der Lagerschale 5 Ringvorsprünge 6 und 7 vorgesehen, die hier zumindest teilweise in das Kugelgelenkgehäuse mit eingegossen bzw. eingespritzt werden, so daß mit dem Anbringen des Kugelgelenkgehäuses 8 gleichzeitig eine Axialsicherung zwischen diesem und der Lagerschale 5 bewirkt wird.

Dabei weist die aus den Teilabschnitten zusammengesetzte Lagerschale 5 an den Berührflächen eine hohe Dichtigkeit auf, so daß an diesen kein Kugelgelenkgehäusematerial zu der sphärischen Oberfläche 2 des Kugelzapfens 1 gelangen kann. Überdies ermöglicht die planflächige Anlage des Hohlzylinders Z gegen den planen Außenrand 11 der Lagerschale 5 an dieser Dichtstelle eine hohe Schließkraft, so daß dort eine hohe Sicherheit gegen ein Herausquellen von Kugelgelenkgehäusematerial besteht. Diese Art der Abdichtung ist gegenüber einem an die sphärische Oberfläche 2 anzulegenden Segmentschieber erheblich einfacher und prozeßsicherer.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Kugelzapfen

2

sphärische Oberfläche

3

Gelenkstange

4

Schlüsselabsatz

5

Lagerschale

5

a,

5

b Lagerschalenhälften

6

Ringvorsprung

7

Ringvorsprung

8

Kugelgelenkgehäuse

9

Innenwand

10

Nuten

11

Außenrand

12

a Berührfläche

12

b Berührfläche

13

a Aufnahmenut

13

b rippenartigen Vorsprung

14

Filmgelenk bzw. -scharnier

15

Schnapphaken

16

Nut

17

rechtwinklige Haltefläche

18

abgeschrägten Frontfläche

19

Bügelabschnitt

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes mit einem Kugelzapfen (1), der in einer Lagerschale (5) aus Kunststoff dreh- und schwenkbar gehalten ist, wobei die Lagerschale (5) in einem Kugelgelenkgehäuse (8) eng aufgenommen ist dadurch gekennzeichnet, daß eine aus mindestens zwei Teilabschnitten (5a, 5b; 5c) gebildete Lagerschale (5) um den Kugelzapfen (1) fest zusammengefügt wird, unter Abdichtung der Teilabschnitte (5a, 5b; 5c) untereinander gegen den Kugelzapfen (1), und bei dem anschließend die so gebildete Lagerschale (5) mit dem Kugelgelenkgehäuse (8) umgossen bzw. umspritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c) hergestellt werden, die an ihren Berührflächen (12a, 12b) mit Dichtvorrichtungen (13a, 13b; 13c) versehen werden, und dann die Teilabschnitte bzw. Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c) unter Anlage ihrer Berührflächen (12a, 12b) auf den Kugelzapfen (1) aufgesetzt werden und in definierter Lage dauerhaft miteinander verkoppelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelzapfen (1) mit der Lagerschale (5) in einen Formhohlraum eines Formwerkzeuges eingebracht wird, wobei zwischen dem Formwerkzeug und der Lagerschale (5) ein Hohlraum verbleibt, der dem zu formenden Kugelgelenkgehäuse (8) entspricht, ein zwischen einem Außenrand (11) der Lagerschale (5) und dem Formwerkzeug verbleibender Ringspalt durch einen ringartigen Stempel abgedeckt wird, um den Hohlraum zu verschließen, und der Hohlraum mit dem Material des Kugelgelenkgehäuses (8) ausgefüllt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabschnitte (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) mit Verrastelementen (15, 16) hergestellt werden, die bei dem Zusammensetzen der Teilabschnitte (5a, 5b; 5c) um den Kugelzapfen (1) miteinander in Eingriff gebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c), in einem Fertigungsschritt hergestellt werden und über ein Filmgelenk (14) an einer Steile miteinander verbunden bleiben.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filmgelenk (14) und/oder die Verrastelemente (15, 16) bezogen auf eine Hauptachse (A) des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des Kugelzapfens (1) angeordnet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lagerschalenhälften (5c) im Spritzgießverfahren hergestellt werden, an denen als Verrastelement jeweils ein Schnapphaken (15) angeformt ist, der mit einer Nut (16) an der jeweils anderen Lagerschalenhälfte (5c) koppelbar ist, und daß die beiden Lagerschalenhälften (5c) bei dem Zusammenbau um den Kugelzapfen (1) über die Schnapphaken (15) und Nuten (16) miteinander verrastet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lagerschalenhälften (5a, 5b) im Spritzgießverfahren hergestellt werden, die über ein Filmscharnier (14) einseitig miteinander verbunden bleiben, wobei an einer Lagerschalenhälfte (5b) dem Filmscharnier (14) gegenüberliegend als Verrastelement ein Schnapphaken (15) angeformt ist, der mit einer Nut (16) an der anderen Lagerschalenhälfte (5a) koppelbar ist, und daß die beiden Lagerschalenhälften (5a, 5b) bei dem Zusammenbau um den Kugelzapfen (1) zusammengeklappt und über den Schnapphaken (15) und die Nut (16) miteinander verrastet werden.

9. Kugelgelenk, umfassend einen Kugelzapfen (1), eine Lagerschale (5) aus Kunststoff, in welcher der Kugelzapfen (1) dreh- und schwenkbar gehalten ist, und ein Kugelgelenkgehäuse (8), in dem die Lagerschale (5) eng aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (5) um den Kugelzapfen (1) aus mindestens zwei Teilabschnitten (5a, 5b; 5c) zusammengefügt ist, die abdichtend aneinander anschließen, und daß das Kugelgelenkgehäuse (8) außenseitig an die Lagerschale (5) angegossen bzw. angespritzt ist.

10. Kugelgelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabschnitte (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) an ihren Berührflächen (12a, 12b) mit formschlüssigen Dichtvorrichtungen (13a, 13b; 13c, 13d) ausgebildet sind.

11. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabschnitte (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) mit Verrastelementen (15, 16) versehen sind, die im zusammengebauten Zustand des Kugelgelenkes miteinander in Eingriff stehen.

12. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c), an einer Stelle über ein Filmgelenk (14) miteinander verbunden sind.

13. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Filmgelenk (14) und/oder die Verrastelemente (15, 16) bezogen auf eine Hauptachse (A) des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des Kugelzapfens (A) angeordnet sind.

14. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (5) aus zwei Lagerschalenhälften (5c) zusammengesetzt ist, an denen als Verrastelement jeweils ein Schnapphaken (15) angeformt ist, der im zusammengebauten Zustand mit einer Nut (16) an der jeweils anderen Lagerschalenhälfte (5c) verrastet ist.

15. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (5) aus zwei Lagerschalenhälften (5a, 5b) zusammengesetzt ist, die über ein Filmscharnier (14) einseitig miteinander verbunden sind, wobei an einer Lagerschalenhälfte (5b) dem Filmscharnier (14) gegenüberliegend als Verrastelement ein Schnapphaken (15) angeformt ist, der im zusammengebauten Zustand mit einer Nut (16) an der anderen Lagerschalenhälfte (5a) verrastet ist.

16. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (5) an ihrer zu dem Kugelzapfen (1) weisenden Innenwand (9) mit einer oder mehreren Schmiermittelnuten (10) versehen ist.

17. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) als Spritzgußteile ausgebildet sind.

18. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) aus einem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten hergestellt sind.

19. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) aus Polyoxymethylen hergestellt sind.