Verfahren zur Herstellung eines Ein- oder Mehrfach-Kugelgelenkes, und danach hergestelltes Kugelgelenk Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ein oder Mehrfach- Kugelgelenkes und ein, danach hergestelltes Kugelge lenk für vorwiegend statische Anwendung.
Die bekannten Kugelgelenke für statische Anwen dungen bestehen in der Regel ganz aus Metall und wei sen je unabhängig voneinander gefertigte Kugel- und Kappenteile auf. Auch sind Kugelgelenke bekannt, die in einer gewissen Verschwenkungslage fixiert werden können und beispielsweise im Gerätebau für Halterun gen,
Stative etc. angewandt werden. Diese KugeIge- lenke sind verhältnismässig teuer, sperrig und meist, weil die Fixierung durch Schraubelemente erfolgt, um ständlich manipulierbar.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren her gestellten Ein- oder Mehrfach-Kugelgelenke für vor wiegend statische Anwendungen erlauben, die erwähn ten Nachteile zu beheben.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein, innerer kugelförmiger Körper mit einem, die Oberfläche dieses Körpers teilweise überdeckenden Kappenkörper aus Kunststoff überzo gen wird, derart,
dass zwischen Kugel- und Kappen körper eine im wesentlichen gleichmässig verteilte und gleichbleibende Anpressung durch das Schwinden des Kunststoffmaterials beim Erstarren des Kappenkörpers resultiert.
Das nach dem erwähnten Verfahren hergestellte Kugelgelenk ist gekennzeichnet durch einen innern kugelförmigen Körper und eine äussere, den innern Körper über einen Teil seiner Oberfläche umgreifende Kunststoffkappe,
wobei die Kappe auf dem Kugelkör per um einen gewissen Winkel und/oder in einer festge legten oder beliebigen Richtung verschwenkbar ist, und sowohl der innere Kugelkörper als auch die aussenlie- gende Kappe Anschlusselemente aufweisen.
Die Erfindung ist anhand der nachstehenden Be- schreibung von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung erläutert, in der, darstellen:
Fig.l zeigt eine Schnittdarstellung eines Form- werkzeuges für ein Einzelkugelgelenk, die Fig. 2, 3 und 4 zeigen je ein Ausführungsbeispiel für Mehrfach-Kugelgelenke und die Fig. 5 und 6 zeigen je ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die Kappenkörper Bestandteile eines speziellen Konstruktionsteils sind. In Fig. 1 sind mit 1 und 2 die beiden Formwerk- zeughälften bezeichnet, die sich in der gezeigten Lage in ihrer geschlossenen Stellung befinden. Es handelt sich hier um ein Spritzwerkzeug,
wie solche auf Ther- moplastspritzmaschinen verwendet werden. In der Formhälfte 1 steckt ein Kugelkörper 2 mit einem Befe stigungselement 2a. Der Kugelkörper 2 passt sehr ge nau in die halbkugelförmige Vertiefung in der Längs achse der Formhälfte 1.
Mit 3 ist eine Dichtungskante bezeichnet, welche das Eindringen des unter Druck in den Form-Hohlraum eingespritzten Materials für den Kappenkörper 4 zwischen die Kugelzone und die ihr benachbarte Höhlung, verhindert. Die Kugel selbst wird beim Schliessen der Forrnhälften durch ein rohr- förmiges Element 5,
welches vorher in die Formhälfte 2 eingesetzt wird und in seiner Länge genau abge stimmt sein, muss, gegen die Formhälfte 1 gedrückt.
Das hier rohrföhnig gezeigte Element hat verschie dene Aufgaben: Seiner Anordnung gemäss dient es vort eilhafterweise als Anschlusselement für das kap- penseitige Ende des Kugelgelenkes. Seine Oberfläche kann, mit Ausnahme an der Dichtungsstelle 5a, belie big gestaltet sein. Es.
weist eine koaxiale Bohrung 6 auf, durch welche der plaasstifizierte, Kunststoff von der Düse 7 am (nicht gezeigten) Spritzkopf der Maschine durch eine Einlaufbohrung 8 in der Formhälfte in den Formenhohlraum 4 eingeführt wird. Da die Bohrung selbst durch die gegen das Rohrelement stossende Kugeloberfläche verdeckt wird, sind am bezüglichen Rohrende Kanäle 5b angeordnet,
durch welche der Kunststoff beim Spritzprozess austreten kann. Dieses Rohrende kann gegebenenfalls auch mit einer Kragen partie 5o ausgerüstet sein, welche sowohl zur Verbes serung der Rohrverankerung in der Kappe als auch zur Vermeidung unregelmässiger Einfallstellen und lokal ungleichmässiger Schwindung in der Kappenzone über der grössten Kunststoff-Ouerschnittsfläche dienen kann.
Das Rohr trägt eine weitere Dichtungsstelle bei 5d, welche zusammen mit der Dichtungsstelle 5a das Eindringen von Kunststoffmasse zwischen die Bohrung 9 in der Formhälfte 2 und das Rohrelement 5 verhin dert.
Der Füllraum für den Kappenkörper 4 erstreckt sich über b;ide Formhälften. Der kleinere Abschnitt davon liegt in der Formhälfte 1 und betrifft jene Kap penzone, die über den Kugeläquator hinausreicht und die Kugel in der Aufnahmeöffnung der Kappe festhält. Der grössere Abschnitt mit der Verankerung der Befe stigungselemente, hier das Rohr 5, liegt in der Form hälfte 2.
Der entsprechende Hohlraum bzw. dessen Mantelzone 10 kann so gestaltet werden, dass der Kap penkörper neben rein funktionellen Aufgaben auch ästhetischen Ansprüchen angepasst werden kann.
Dadurch, dass die Aufnahmezone 11 für den Kugelkörper nach dessen Oberfläche geformt wird, entsteht dort bei Verwendung eines geometrisch ein wandfreien Kugelkörpers, eine genau passende Gegen zone. Dabei ist es unerheblich, ob bei der jeweiligen Herstellungsoperation die Achsen der beiden Form hälften sehr präzis fluchten, indem sich allfällige dies bezügliche Differenzen nur aussen an der Kappe aus wirken und das Gelenk seiner Disposition entsprechend vorweigend für statische Verwendungszwecke geeignet ist.
Die Herstellung eines Kugelgelenkes anhand der vorbeschriebenen Details bedingt die Verwendung eines Kunststoffes für den Kappenkörper, der sich homogen und blasenfrei in der gewünschten Form auf einer Kugelzone auftragen lässt. Ausserdem muss die Kappe zwecks Sicherung eines gewissen Schwe.nkdreh- moments mit einer angemessenen Vorspannung auf der Kugeloberfläche aufliegen.
Diese Bedingungen werden erfüllt durch ein Material, das sich im plastischen Zu stand in die Form einbringen lässt, das beim Erstarren in angemessenen Grenzen abschwindet und bei Innen raumtemperaturen elastisch genug ist, um den durch das Abschwinden entstandenen Anpressdruck auf die Kugeloberfläche beizubehalten.
Ein hierfür geeignetes Kunststoffmaterial sind die Azetalharze, vorzugsweise Hostaform C oder Delrin. Wesentlich ist, dass das pla- stifizierte Kunststoffmaterial in der Rotationsachse des Kappenkörpers zentral angespritzt wird und der Auf bau dieses Körpers, bzw. die Füllung des bezüglichen Formhohlraumes und die Abkühlung des Materials rundum gleichmässig erfolgen kann.
Dies ist eine Vor aussetzung für den erforderlichen gleichmässigen An druck auf die Kugel, um ein gleichbleibendes Drehmo ment über einen längern. Zeitabschnitt zu gewährlei sten.
Das Mass der Schwindung beim Erstarren des Kappenmaterials, die Zugfestigkeit desselben und die Wandstärke einerseits, die Oberflächenrauhigkeit der Kugel bzw. die Gleiteigenschaften zwischen Kugel und Kappe andererseits bestimmen unter anderem das Drehmoment beim Verschwenken der beiden Aufbau teile gegeneinander.
Daher lässt sich bei gegebenen Grössen- Aufbau- und Materialverhältnissen durch die Wahl der Oberflächenrauhigkeit oder durch Auftragen eines Schmiermittels auf der Kugeloberfläche das Drehmoment für bestimmte Anwendungsfälle beein flussen.
Das beschriebene Verfahren lässt sich neben der Herstellung von Einzel-Kugelgelenken auch für die Erstellung von Gelenken von zwei und mehr Kugeln gemäss. den Fig. 2, 3 und 4 anwenden. Wesentlich ist dabei, dass das die Kugel umschliessende Material gW- chen Schrumpf- und Fliessbedingungen unterworfen wird, um einen Kappenkörper zu erhalten, bei dem funktionell und konstruktiv gleiche oder ähnliche Zonen im wesentlichen gleiche oder ähnliche Span nungsbeanspruchungen aufweisen.
Analog lassen sich auch Anordnungen herstellen, wo der Kugelkörper, oder wie in den Fig. 5 und 6 ge zeigt, die Kappenkörper in Geräte- oder Konstruk tionsteilen integriert sind.
Bei den von den Einzel-Kugelgelenken abweichen den Ausführungen, aber auch bei diesen selbst mag es angezeigt sein, wenn die Anspritzung des Kunststoff- materials nicht mittels einer zentralen Bohrung, son dern durch einen kreisringförmigen Angusskanal er folgt, womit ebenfalls die Bedingungen des gleichmäs- sigen Füllens des Hohlraumes um die Kugel erfüllt sind.
Das Verfahren lässt sich in sinngemässer Weise auch mit einem vergiessbaren Material durchführen, dessen Eigenschaften den vorstehend aufgezählten Bedingungen entsprechen. Dies ist hauptsächlich dann der Fall, wenn spritztechnisch schwierige Formwerk zeuge erforderlich werden oder wenn sich durch die Anwendung eines vergiessbaren Materials günstigere Ergebnisse erzielen lassen.
Process for the production of a single or multiple ball joint and a ball joint produced according to this The present invention relates to a method for the production of a single or multiple ball joint and a ball joint produced according to this for predominantly static use.
The well-known ball joints for static applications are usually made entirely of metal and wei sen depending on independently manufactured ball and cap parts. Ball joints are also known that can be fixed in a certain pivoted position and, for example, in device construction for brackets,
Tripods etc. can be used. These ball joints are relatively expensive, bulky and usually, because they are fixed by screw elements, they can be manipulated at any time.
The single or multiple ball joints produced by the method according to the invention for predominantly static applications allow the disadvantages mentioned to be remedied.
The method is characterized in that an inner spherical body is coated with a plastic cap body partially covering the surface of this body, in such a way that
that between the spherical body and the cap body there is an essentially evenly distributed and constant pressure due to the shrinkage of the plastic material when the cap body solidifies.
The ball-and-socket joint produced according to the above-mentioned method is characterized by an inner spherical body and an outer plastic cap that encompasses part of the surface of the inner body,
wherein the cap can be pivoted on the Kugelkör by a certain angle and / or in a fixed or any direction, and both the inner spherical body and the outer cap have connection elements.
The invention is explained using the following description of exemplary embodiments and a drawing, in which:
Fig.l shows a sectional view of a forming tool for a single ball joint, Figs. 2, 3 and 4 each show an embodiment for multiple ball joints and Figs. 5 and 6 each show an embodiment,
in which the cap bodies are part of a special construction part. In FIG. 1, 1 and 2 denote the two mold halves which are in their closed position in the position shown. This is an injection mold,
how those are used on thermoplastic injection molding machines. In the mold half 1 is a spherical body 2 with a BEFE stigungselement 2a. The spherical body 2 fits very precisely into the hemispherical recess in the longitudinal axis of the mold half 1.
3 with a sealing edge is referred to, which prevents the penetration of the material injected under pressure into the mold cavity for the cap body 4 between the spherical zone and the cavity adjacent to it. When the mold halves are closed, the ball itself is supported by a tubular element 5,
which is previously inserted into the mold half 2 and is exactly abge in its length, must be pressed against the mold half 1.
The element shown here as tubular has various tasks: According to its arrangement, it advantageously serves as a connection element for the end of the ball joint on the cap side. Its surface can, with the exception of the sealing point 5a, be designed belie big. It.
has a coaxial bore 6 through which the plastered plastic is introduced from the nozzle 7 on the injection head (not shown) of the machine through an inlet bore 8 in the mold half into the mold cavity 4. Since the bore itself is covered by the spherical surface abutting against the pipe element, channels 5b are arranged at the relevant pipe end,
through which the plastic can escape during the injection molding process. This pipe end can optionally also be equipped with a collar part 5o, which can serve both to improve the pipe anchoring in the cap and to avoid irregular sink marks and locally uneven shrinkage in the cap zone over the largest plastic cross-sectional area.
The tube carries a further sealing point at 5d which, together with the sealing point 5a, prevents the penetration of plastic compound between the bore 9 in the mold half 2 and the tubular element 5.
The filling space for the cap body 4 extends over two mold halves. The smaller portion of it lies in the mold half 1 and concerns that cap penzone, which extends beyond the spherical equator and holds the ball in the receiving opening of the cap. The larger section with the anchoring of the fastening elements, here the tube 5, is in the mold half 2.
The corresponding cavity or its jacket zone 10 can be designed so that the cap body can also be adapted to aesthetic requirements in addition to purely functional tasks.
Because the receiving zone 11 for the spherical body is shaped according to its surface, when a geometrically wall-free spherical body is used, a precisely fitting counter-zone is created there. It is irrelevant whether the axes of the two halves of the mold are very precisely aligned during the respective manufacturing operation, since any differences in this regard only affect the outside of the cap and the joint is primarily suitable for static purposes according to its disposition.
The manufacture of a ball joint based on the above-described details requires the use of a plastic for the cap body, which can be applied homogeneously and without bubbles in the desired shape on a spherical zone. In addition, the cap must rest on the spherical surface with an appropriate preload in order to secure a certain torque.
These conditions are met by a material that can be brought into the mold in its plastic state, that disappears within reasonable limits when it solidifies and is elastic enough at indoor temperatures to maintain the contact pressure on the surface of the sphere caused by the disappearance.
A suitable plastic material for this are the acetal resins, preferably Hostaform C or Delrin. It is essential that the plasticized plastic material is injected centrally in the axis of rotation of the cap body and that the structure of this body, or the filling of the relevant mold cavity and the cooling of the material, can take place uniformly all around.
This is a prerequisite for the required even pressure on the ball in order to maintain a constant torque over a longer period. Period of time to be guaranteed.
The amount of shrinkage during solidification of the cap material, the tensile strength of the same and the wall thickness on the one hand, the surface roughness of the ball or the sliding properties between the ball and cap on the other hand determine, among other things, the torque when pivoting the two structure parts against each other.
Therefore, given the size, structure and material ratios, the torque for certain applications can be influenced by the choice of surface roughness or by applying a lubricant to the spherical surface.
In addition to the production of single ball joints, the method described can also be used for the production of joints of two or more balls. 2, 3 and 4 apply. It is essential that the material surrounding the ball is subjected to shrinkage and flow conditions in order to obtain a cap body in which the functionally and structurally identical or similar zones have essentially the same or similar stresses.
Analogous arrangements can also be made where the spherical body, or as shown in FIGS. 5 and 6, the cap bodies are integrated into device or construction parts.
In the case of the versions that differ from the single ball joints, but even with these themselves, it may be advisable if the injection of the plastic material is not carried out by means of a central bore, but through an annular sprue channel, which also fulfills the conditions of uniformity. Sigen filling of the cavity around the ball are fulfilled.
The method can also be carried out analogously with a castable material whose properties correspond to the conditions listed above. This is mainly the case when difficult injection molding tools are required or when more favorable results can be achieved by using a castable material.