DE4108219C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In der DE-OS 31 27 710 wird ein solches Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird die Gelenkkugel zunächst mit einem Schmiermittel beschichtet und darauf eine verlorene Schalung aus einem Kunststoff mit hervorragenden Gleiteigenschaften aufgetragen, bevor die Gelenkkugel in ein Gehäuse aus einem glasfaserverstärkten Polyesterharz eingebracht wird.
Aus der DE-OS 37 16 027 und der DE-PS 24 60 684 sind Kunststoffgleitschichten aus PTFE mit einem Gewebe aus Glasfasern zur Armierung bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zur Herstellung eines Kugelgelenks für gesteigerte Belastungen und unter Betriebstemperaturen über die bisher zulässigen Temperaturgrenzen hinaus bei verbesserter Lebensdauer weiterzubilden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 vorgeschlagen.
Dadurch wird erreicht, daß die aus einem Mehrkomponenten- Duroplast-Kunststoff bestehende Lagerschale ein eingebettetes Fasergeflecht aus Glasfasern aufweist, wobei das Fasergeflecht auf der Kugeloberfläche liegt und die Fasern eine hautartige Ummantelung aufweisen, die verhindert, daß Spitzen des Fasermaterials die Oberfläche der Gelenkkugel zerkratzen.
Vorteilhaft wird das Fasergeflecht aus Fasern mit einer Außenhaut erstellt, die verhindert, daß Faserspitzen in das Material der Kugeloberfläche eindringen können. Diese Außenhaut kann gleichzeitig aus einem Werkstoff bestehen, der gute Gleiteigenschaften aufweist, um die innere Gelenkreibung zu reduzieren. Das Fasergeflecht wird aus radial und diagonal verlaufenden Einzelfasern unmittelbar auf der Gelenkkugel in einer speziell dafür zu schaffenden Einrichtung hergestellt, wobei die Faserrichtung dann im wesentlichen nach der Hauptbelastungsrichtung des Kugelgelenks im praktischen Betrieb ausgerichtet wird. Dadurch wird ermöglicht, daß die Fasern des Fasergeflechts im praktischen Betrieb im wesentlichen einer Zugbelastung unterliegen, gegen die sie weitestgehend resistent sind.
Die Vorteile einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerschale und eines Kugelgelenks mit dieser Lagerschale bestehen vor allem darin, daß der Faserverbundwerkstoff an der Kugeloberfläche zu einer harten Oberschicht führt. Dadurch kann gegebenenfalls auch der Kugeldurchmesser reduziert werden, so daß Kugelgelenke kleinster Abmessungen für höchste Belastungen geschaffen werden können, um der zunehmenden Schwierigkeit zu begegnen, daß die Kinematik moderner Radaufhängungen in Kraftfahrzeugen weiter optimiert und in dem knappen Bauraum eines Kraftfahrzeug-Fahrgestells untergebracht werden können. Da die Lagerschale aus Verbundfaserwerkstoff höhere Umfangskräfte abfängt, läßt sich auch die Gehäusewandstärke gegebenenfalls reduzieren. Temperaturen weit über 100° Celsius könnten ohne Bedenken zugelassen werden. Die Kombination einer gerollten Stahlkugeloberfläche mit einem Glasfasergeflecht und einer Polyurethanfüllung besitzt sehr gute Abriebeigenschaften, wobei die ummantelten Fasern des Geflechts jeglichen Verschleiß auf der ungehärteten Kugeloberfläche vermeiden. Die Gleitmittelbeschichtung auf der Kugeloberfläche wirkt gleichzeitig als Trennmittel für den Zweikomponenten-Kunststoff und somit reibungsmindernd. Diese Gleitmittelbeschichtung verhindert außerdem Knarrgeräusche, die eventuell durch Stick­ slip-Effekte entstehen. Eine Schmierung ist nicht erforderlich.
Schließlich ist es von Vorteil, daß der duroplastische Kunststoff aus zwei Komponenten so ausgelegt werden kann, daß die entstehenden Schwingungen und Stöße zum großen Teil durch diese Schicht absorbiert werden.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kugelgelenks mit einer Lagerschale dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kugelgelenk, zur Hälfte in Ansicht und zur Hälfte im Schnitt, und
Fig. 2 die Herstellung eines Kugelgelenks nach Fig. 1 in einer dazu geeigneten Vorrichtung.
Das Kugelgelenk besteht aus dem Gehäuse 1, dem Gelenkzapfen 2 mit der an seinem einen Ende angeformten Gelenkkugel 3, der Lagerschale 4, dem Dichtungsbalg 5 und dem Gehäusedeckel 6. Die Gelenkkugel 3 ist in der sich andererseits gegen die Innenwandung des Gehäuses 1 abstützenden Lagerschale 4 dreh­ und kippbeweglich gelagert. Zapfenseitig ist das Lager durch den Dichtungsbalg 5 abgedichtet, der mit seinem einen Ende den Kugelzapfen 2 eng umschließt und beispielsweise durch einen Federring 7 gegen den Umfang des Kugelzapfens 2 gehalten wird. Das andere Ende des Dichtungsbalgs 5 weist einen Wulstrand 8 auf, der einen inneren Vorsprung des innen sonst zylindrischen Gehäuses 1 hintergreift und mit einer Vorspannung gegen die Oberfläche der Gelenkkugel 3 wirksam ist. Das gegenüberliegende, offene Ende des Gehäuses 1 ist durch einen Gehäusedeckel 6 abgeschlossen, der entweder ringförmig ausgebildet ist oder sich über die gesamte Öffnung erstreckt. Dargestellt ist ein ringförmiger Gehäusedeckel in Verbindung mit einer auf dieser Seite dichten Lagerschale 4.
Gemäß der Erfindung besteht die Lagerschale 4 aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei die an der Gelenkkugel anliegende Gleitoberfläche durch ein vom Kunststoff ummanteltes Fasergeflecht 9 gebildet ist. Dieses Fasergeflecht 9 wird zunächst auf die Gelenkkugel 3 aufgebracht, bevor diese in das Gehäuse 1 eingesetzt wird. Die Beschichtung der Kugeloberfläche mit einem gute Gleiteigenschaften aufweisenden Kunststoff geht dem Aufbringen des Fasergeflechts voraus. Das Fasergeflecht wird aus Einzelfasern in einem besonderen, dafür geeigneten Arbeitsgang aufgebracht, wobei die Längsrichtung der Fasern ebenfalls nach der Hauptbelastungsrichtung des Kugelgelenks im späteren Betrieb ausgerichtet sind. Verwendet werden vorteilhaft Fasern mit einer dünnen Umhäutung, durch die verhindert wird, daß Faserspitzen vorstehen und in den Werkstoff der Kugeloberfläche eindringen. Anstelle einer solchen Erstellung des Fasergeflechts auf der Gelenkkugel können auch strumpfartige Gebilde aus Fasergeflecht vorfabriziert und dann über die Gelenkkugel 3 gezogen werden. Mit diesem Überzug aus einem Fasergeflecht wird die Gelenkkugel 3 in einer für die weitere Montage erforderlichen Vorrichtung in das Gehäuse 1 eingesetzt und darin genau positioniert. Dazu wird der Kugelzapfen 2 in einen Halter 10 eingesetzt, gegenüber den auch das Gehäuse 1 fixiert wird. In dem Gehäuse 1 ist vorher der Wulstrand 8 des Dichtungsbalgs 5 positioniert worden, so daß die Gelenkkugel sich gegen den Wulstrand 8 des Dichtungsbalgs 5 mit einer gewünschten Vorspannung legt und somit eine Abdichtung zwischen der Gelenkkugel 3 und dem Gehäuse 1 erfolgt. Das andere Ende des Dichtungsbalgs umschließt dann den Kugelzapfen und wird durch den Federring 7 gegen dessen Umfang gehalten. Ein anderer Teil 11 der Vorrichtung zur Ausübung des Arbeitsverfahrens nach der Erfindung wird sodann in das offene Ende des Gehäuses 1 eingeführt und in einer vorbestimmten Position festgesetzt. Dieser Teil 11 der Vorrichtung weist vorteilhaft eine Zentriereinrichtung 12 auf, um die genaue Position der Gelenkkugel 3 gegenüber dem Gehäuse 1 zu sichern. Durch Kanäle 13 in dem Teil 11 der Vorrichtung kann anschließend der Zweikomponenten-Kunststoff in den verbliebenen Innenraum des Gehäuses 1 eingefüllt werden, so daß er das an der Oberfläche der Gelenkkugel 3 anliegende Fasergeflecht 9 in sich einbettet. Nach dem Aushärten des Kunststoffes der Lagerschale 4 in dem Innenraum 14 (Fig. 2) kann die offene Seite des aus der Herstellungsvorrichtung 10,11 herausgenommenen Kugelgelenks durch einen Gehäusedeckel 6 verschlossen werden, so daß sich die Lagerschale auf dieser Gehäuseseite gegen den Gehäusedeckel 6 abstützt. Auf der gegenüberliegenden Seite stützt sich die Lagerschale gegen den Wulstrand 8 des Dichtungsbalgs 5 ab, so daß der Wulstrand 8 bei axialer Belastung des Kugelgelenks in der einen Richtung als stoßdämpfendes Mittel wirksam ist. Die Art der integrierten Anordnung des Dichtungsbalgs 5 mit dem Wulstrand 8 ist lediglich beispielsweise dargestellt und kann durch andere, bei Kugelgelenken bekannten Gehäuseabdichtungen ersetzt werden.
Bezugszeichenliste
 1 Gehäuse
 2 Kugelzapfen
 3 Gelenkkugel
 4 Lagerschale
 5 Dichtungsbalg
 6 Gehäusedeckel
 7 Federring
 8 Wulstrand
 9 Fasergeflecht
10 Vorrichtung
11 Vorrichtung
12 Zentriereinrichtung
13 Kanäle
14 Innenraum

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines aus einem Gelenkzapfen mit Gelenkkugel und einer die Gelenkkugel gleitbeweglich lagernden, in einem Gelenkgehäuse aufgenommenen Lagerschale aus Kunststoff gebildeten Kugelgelenks, bei dem die Oberfläche der Gelenkkugel mit einer Gleitschicht aus einem gute Gleiteigenschaften aufweisenden Werkstoff, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen (PTFE), beschichtet, die beschichtete Gelenkkugel in dem Gelenkgehäuse positioniert und der verbleibende Gelenkgehäuseinnenraum anschließend mit den beiden Komponenten eines duroplastischen Zweikomponenten-Kunststoffes ausgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht aus einer zunächst auf die Gelenkkugel (3) auf gebrachten ersten Schicht und einem auf diese Schicht auf gebrachten Fasergeflecht (9) gebildet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) in seinem zapfenseitigen Endbereich gegen die Gelenkkugel (3) durch einen vor dem Positionieren der Gelenkkugel in dem Gehäuse (1) eingesetzten, innen am Gehäuse gehaltenen Wulstrand (8) eines Dichtungsbalgs (5) abgedichtet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) auf der dem Gelenkzapfen (2) gegenüberliegenden Seite nach dem Aushärten des eingefüllten Kunststoffes durch einen Deckel (6) in an sich bekannter Weise geschlossen wird.
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