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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Reibmomente
von Gelenken sowie ein Gelenk, insbesondere ein Kugelgelenk.
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In
der Praxis werden als Gelenke werden die Führung übernehmende
Verbindungen zwischen zwei gegeneinander bewegten Maschinenteilen
oder Getriebegliedern bezeichnet. Solche Gelenke, zu denen Gleitgelenke,
Schubgelenke und insbesondere Kugelschalengelenke gehören,
sind, auch wenn sie als eine Zwischenschicht zwischen den gegeneinander
bewegten Maschinenteilen eine Lageschale aufweisen, reibungsbehaftet,
wobei die Reibung für die Funktion des Gelenks und dessen
Lebensdauer häufig von entscheidender Bedeutung ist. In
der Praxis, insbesondere im Fahrzeugbau sehr häufig zu
findende Gelenke sind im Fahrwerksbereich eingesetzte Kugelgelenke.
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Aus
der
DE 100 63 183
A1 sind ein Verfahren zur Herstellung eines definierten
Passverhaltens von beweglich eingelagerten Funktionsteilen sowie
ein nach diesem Verfahren hergestelltes Kugelgelenk bekannt. Gemäß der
DE 100 63 183 A1 ist
bei einem Gelenk, insbesondere einem Kugelgelenk vorgesehen, in
einen Hohlraum zwischen einem ersten Funktionselement und einem
zweiten Funktionselement eine flies- bzw. spritzfähige
Lagermasse einzubringen, wobei während des Einbringens
der Lagermasse und/oder während des Erstarrungszeitraums
das erste und das zweite Funktionselement relativ zu einander in
mechanische Schwingungen versetzt werden. Dadurch soll ein definiertes
Passverhalten erreicht werden.
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Aus
der
DE 199 43 194
C2 sind ein Verfahren zur Herstellung eines reibungsarmen
Kugelgelenkes und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Kugelgelenk
bekannt, wobei nach diesem Verfahren insbesondere vorgesehen ist,
während eines Verrollungsvorgangs, bei dem eine Gehäuserollkante
ungeformt wird, ein Gelenkmoment kontinuierlich zu messen und bei
Erreichen eines Gelenkmomentsollwertes den Verrollungsvorgang unmittelbar
zu beenden. Ein Kugelgelenk gemäß der
DE 199 43 194 C2 weist
ein Stützelement auf, welches das zuvor genannte Verfahren
ermöglicht.
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Die
bekannten Verfahren zur Herstellung von Kugelgelenken sind in der
Praxis wegen der erforderlichen aufwendigen Apparaturen nur mit
einem hohen Aufwand umsetzbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung
zu stellen, mit welchem sich Gelenke mit einem definierten Reibmoment
einfach herstellen lassen. Ferner sollen einfach herstellbare Gelenke
zur Verfügung gestellt werden.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 11.
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Gemäß der
Erfindung ist ein Verfahren zur Einstellung des Reibmoments eines
Gelenks, bei dem mindestens ein erstes Funktionselement und ein
gegenüber dem ersten Funktionselement bewegliches zweites
Funktionselement ineinander gefügt werden, und bei dem
eine die Reibung zwischen den Funktionselementen beeinflussende
Passzone ausgebildet wird, vorgesehen, wobei nach dem Fügen des
ersten und des zweiten Funktionselements in einem Einstellumformprozess
die Passzone durch eine zwischen dem ersten und dem zweiten Funktionselement
aufgebrachte Einstellbelastung gereckt wird. Bei der Erfindung wird
also auf den Fügeprozess begleitende Maßnahmen,
die die Herstellung erschweren, verzichtet, und es wird ferner auf
eine aus der Praxis auch bekannte thermische Nachbehandlung verzichtet,
wodurch die Herstellung von Gelenken mit einem definierten Reibmoment
vereinfacht wird.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Aufgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Passzone, die die Reibung zwischen den Funktionselementen
bestimmt, in einem Formgebungsprozess durch Umformung eines Materialabschnitts
des ersten oder des zweiten Funktionselements gebildet wird. Ein
solcher Formgebungsprozess ist vorzugsweise ein an sich bekanntes
Rollieren an dem ersten oder zweiten Funktionselement, wobei dieses
mit einer vergleichsweise geringen Präzision und damit kostengünstig
durchgeführt werden kann, da die so gebildete Passzone
gemäß der Erfindung gereckt wird, um für
den späteren Gebrauch des Gelenks dessen Reibmoment einzustellen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass vor dem Fügen des ersten und des zweiten Funktionselements
an dem ersten oder dem zweiten Funktionselement insbesondere als
Passzone mindestens eine erste Lagerschicht, insbesondere mindestens
eine erste Lagerschale angeordnet oder ausgebildet wird. Lagerschichten
und Lagerschalen ermöglichen günstige Reibpaarungen
und damit geringe Reibmomente. Wenn die Lagerschicht oder die Lagerschale
als Passzone vorgesehen ist, kann diese durch den gemäß der
Erfindung vorgesehenen Einstellumformprozess gereckt werden, was
auch als nicht-thermisches Setzen bezeichnet werden kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass mindestens eine erste Lagerschale in das erste oder zweite Funktionselement
eingepresst wird. Dadurch, dass mindestens eine erste Lagerschale
oder das zweite Funktionselement eingepresst wird, ist es möglich, das
Eindringen von Verunreinigungen in das Gelenk wirksam zu verhindern,
wobei die durch das Einpressen erzielte Dichtwirkung auch während
und nach dem Einstellumformprozess erhalten bleibt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Passzone als Bördelrand an dem ersten oder zweiten Funktionselement,
insbesondere als ein die erste Lagerschale in ihrer Position sichernder
Bördelrand ausgebildet wird. Eine solche Ausgestaltung
erleichtert die Herstellung von Gelenken.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass als Einstellbelastung einmalig oder mehrmalig auf das erste oder
zweite Funktionselement eine Zug- oder Druckkraft ausgeübt
wird, während das andere Funktionselement festgehalten
wird. Bei einer solchen Ausgestaltung des Verfahrens ist dieses
unter Verwendung einfacher Vorrichtungen durchführbar.
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Eine
besonders feine Einstellung des Reibmomentes lässt sich
erreichen, wenn – wie gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen – die
Zug- oder Druckkraft in unterschiedlichen Wirkrichtungen, insbesondere
umlaufend oder taumelnd ausgeübt wird.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich die Ausübung von Zug- oder
Druckkräften bei einer Stärke von 10–20
kN erwiesen, wodurch eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des
Verfahrens gekennzeichnet ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Einstellumformprozess, vorzugsweise der Einstellumformprozess
und der Formgebungsprozess bei Raumtemperatur vorzugsweise bei einer
Temperatur von 10°C bis 35°C insbesondere an vorkonfektionierten
Teilen durchgeführt werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mit dem
Verfahren das Reibmoment eines Kugelgelenks eingestellt wird.
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Die
Vorteile der Erfindung zeigen sich auch an Gelenken mit mindestens
einem ersten Funktionselement und einem gegenüber dem ersten
Funktionselement beweglichen zweiten Funktionselement, wobei an
dem ersten oder zweiten Funktionselement eine die Reibung zwischen
den Funktionselementen beeinflussende Passzone ausgebildet ist, wenn – wie
gemäß der Erfindung vorgesehen ist – die Passzone
durch eine zwischen dem ersten und dem zweiten Funktionselement
aufgebrachte Einstellbelastung gereckt ist. Daher wird auch für
ein erfindungsgemäßes Gelenk selbstständig
Schutz beansprucht. Auf die Vorteile und Wirkungsweisen, die im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben
sind, wird ergänzend ausdrücklich Bezug genommen
und verwiesen, wobei noch einmal darauf hingewiesen wird, dass gemäß der
Erfindung die Herstellung der Gelenke dadurch vereinfacht ist, dass
auf den Fügeprozess begleitende Maßnahmen sowie
auf eine thermische Nachbehandlung verzichtet werden kann.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass an dem Gelenk die Passzone als Umformzone eines Materialabschnitts
des ersten oder zweiten Funktionselementes ausgebildet ist. Dies
erlaubt es, bei der Herstellung des Gelenks den entsprechenden Formgebungsprozess
mit einer vergleichsweise geringen Präzision und damit
kostengünstig durchzuführen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass an dem ersten oder dem zweiten Funktionselement insbesondere
als Passzone mindestens eine erste Lagerschicht, insbesondere mindestens
eine erste Lagerschale angeordnet oder ausgebildet ist. Lagerschichten
und Lagerschalen ermöglichen günstige Reibpaarungen
und damit geringe Reibmomente.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die erste Lagerschale in das erste oder das zweite Funktionsteil
eingepresst ist. Durch eine eingepresste Lagerschale wird das Eindringen
von Verunreinigungen in das Gelenk wirksam verhindert, wobei die
durch das Einpressen erzielte Dichtwirkung auch während
und nach dem Einstellumformprozess erhalten bleibt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Gelenk
ein die Lagerschale teilweise abdeckender Verschlussring vorgesehen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Passzone als Bördelrand an dem ersten oder dem
zweiten Funktionselement, insbesondere als ein die erste Lagerschale
direkt oder über dem Verschlussring mittelbar in ihrer
Position sichernder Bördelrand ausgebildet ist. Durch eine
solche Ausgestaltung wird die Herstellung des Gelenks erleichtert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Passzone durch eine Zug- oder Druckkraft, insbesondere durch
eine in unterschiedlichen Wirkrichtungen insbesondere umlaufend
oder taumelnd ausgeübte Zug- oder Druckkraft gereckt ist.
Durch eine solche Ausgestaltung lässt sich ein Gelenk einfach
und hinsichtlich des Reibmomentes mit hoher Präzision herstellen.
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Gemäß weiteren
bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass das
erste Funktionselement als Kugelzapfen und das zweite Funktionselement
als Kugelaufnahme für eine Kugel eines Kugelzapfens eines
Kugelgelenks ausgebildet ist. Gemäß den genannten
besonders bevorzugten Ausgestaltungen wird ein im Fahrwerksbereich
von Kraftfahrzeugen einsetzbares Gelenk zur Verfügung gestellt,
welches zu einer Reduktion von CO2-Emission
und einem hohen Federkomfort beiträgt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
in Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
als Kugelgelenk ausgeführtes Gelenk gemäß einer
besonders bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung
in einem Schnitt und
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2 ein
als Kugelgelenk ausgeführtes Gelenk gemäß einer
besonders bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Das
in 1 gezeigte Gelenk 100 gemäß einer
besonders bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung
ist als Kugelgelenk 102 ausgeführt. Es weist als
erstes Funktionselement 104 einen Kugelzapfen 106 auf.
An diesem Kugelzapfen 106 sind ein Schaft 108 sowie
einstückig damit eine Kugel 110 ausgebildet. Die
Kugel 110 wirkt mit einer Kugelaufnahme 112 zusammen,
die als zweites Funktionselement 114 vorgesehen ist.
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In
einem Aufnahmeraum 116 der Kugelaufnahme 112 sind
eine erste Lagerschale 118 und eine zweite Lagerschale 120 aufgenommen,
wobei die erste Lagerschale 118 in der Kugelaufnahme durch einen
Verschlussring 122 gesichert ist. An den Verschlussring 122 ist
ein Dichtungsbalg 124 anvulkanisiert, welcher mit seinem
freien Ende 126 an den Schaft 108 des Kugelzapfens 106 angeschlossen
ist, wobei zur Sicherung an dem Schaft 108 ein Anpressring 128 vorgesehen
ist.
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Zur
Herstellung dieses Gelenks 100 gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren werden in separaten
Arbeitsschritten die Funktionselemente 104, 114 sowie
die Lagerschalen 118, 120 und die Einheit aus
Verschlussring 122 und Dichtungsbalg 124 hergestellt.
Im Rahmen dieser Herstellung wird an dem zweiten Funktionselement 114 ein
den Rand des Aufnahmeraums 116 umgebender Materialabschnitt 130 vorgesehen,
welcher durch ein Rollieren in die 1 gezeigte
Form überführbar ist.
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Nach
der separaten Herstellung der Komponenten wird das erste Funktionselement 104 (der
Kugelzapfen 106) mit der Einheit aus Verschlussring 122 und
Dichtungsbalg 124 vorkonfektioniert, wozu der Schaft 104 des
Kugelzapfens 106 von der Seite des Verschlussrings 122 her
durch den Dichtungsbalg 124 gesteckt wird, bis eine an
dem Schaft 108 ausgebildete Schulter 132 an dem
Rand des Dichtungsbalgs 124 an dessen freien Ende anliegt
und dort durch den Anpressring 128 festlegbar ist.
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Parallel
zu der vorgenannten Vorkonfektionierung wird auch das zweite Funktionselement 114 vorkonfektioniert,
indem die erste und zweite Lagerschale 118, 120 in
den Aufnahmeraum 116 eingepresst werden. Anschließend
werden das erste Funktionselement 104 und das zweite Funktionselement 114 durch
Einstecken der Kugel 110 in die Kugelaufnahme 112 in
einander gefügt. Diese, noch lose Konfiguration wird anschließend
zu dem einheitlich zu handhabenden Gelenk 100 umgeformt,
in dem der Verschlussring 122 gegen die Kugelaufnahme 112 gedrückt
wird, um die Lagerschale 118 zu formen. Nach diesem Pressvorgang
liegt der Verschlussring 122 an einer Verschlussringaufnahmefläche 134 der
Kugelaufnahme 112 an. In dieser Position wird der Verschlussring 122 durch
Rollieren des Materialabschnittes 130 gesichert, wodurch
ein in 1 gezeigter Bördelrand 136 entsteht,
der die erste Lagerschale 118 mittelbar über den
Verschlussring 122 in ihrer Position sichert.
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Im
Anschluss an das Fügen des ersten und zweiten Funktionselements 104, 114,
einschließlich der Erzeugung des Bördelrandes 136 wird
an dem ersten Funktionselement 104 (Kugelzapfen 106)
in Achsrichtung des ersten Funktionselements 104 mit einer
Kraft F von 10 kN bis 20 kN, insbesondere 15 kN gezogen, wobei das
zweite Funktionselement 114 festgehalten wird. Durch dieses
Ziehen wird der Bördelrand 136, der bei der ersten
Ausführungsform in 2 eine Passzone 138 darstellt
leicht hochgebogen (gereckt). Dabei federt die erste Lagerschale 118,
an der Öffnungen 140 ausgebildet sind, etwas auf,
wobei der Verschlussring 122 dabei in stetem Kontakt mit
der Lagerschale 118 ist. Das zuvor beschriebene Ziehen
an dem ersten Funktionselement 104 bei festgehaltenem zweitem
Funktionselement 114 bewirkt also eine Verformung des als
Passzone 138 vorgesehenen Bördelrandes 136,
und es wird daher als Einstellumformprozess bezeichnet. Nach einem
ersten Ziehen an dem ersten Funktionselement 104 wird das
Reibmoment, welches sich nach dem Recken eingestellt hat, überprüft,
und der Einstellumformprozess kann durch weitere Zugvorgänge
fortgesetzt werden, bis das gewünschte Reibmoment eingestellt
ist.
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Besonders
beachtlich ist bei dem Gelenk 100 gemäß der
besonders bevorzugten ersten Ausführungsform und dem zu
dessen Herstellung durchgeführten Verfahren zur Einstellung
des Reibmomentes, dass dieses Verfahren bei Raumtemperatur, insbesondere
bei einer Temperatur von 10°C bis 35°C durchgeführt
werden kann, sodass der Dichtungsbalg 124 nicht durch eine
Temperaturbelastung beschädigt wird.
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Das
in 2 gezeigte Gelenk 200 gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wie
das Gelenk 100 gemäß der ersten Ausführungsform
als Kugelgelenk 202 ausgeführt, sodass für
Teile und Abschnitte des zweiten Gelenks 200, die Teilen
und Abschnitten des Gelenks 100 gemäß der
ersten Ausführungsform entsprechen, Bezugszeichen verwendet
worden sind, die gegenüber der ersten Ausführungsform
um 100 erhöht sind. Auf die Beschreibung der entsprechenden
Teile im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform wird daher
ausdrücklich Bezug genommen und verwiesen.
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Das
Gelenk 200 gemäß der zweiten Ausführungsform
weist wiederum ein erstes Funktionselement 204 auf, das
als Kugelzapfen 206 mit einem Schaft 208 und einer
Kugel 210 ausgeführt ist. Die Kugel 210 sitzt
in einem als Kugelaufnahme 212 ausgebildeten zweiten Funktionselement 214.
In dem zweiten Funktionselement 214 ist dazu ein Aufnahmeraum 216 für
die Kugel 210 ausgebildet. Zwischen dem ersten Funktionselement 204 und
dem zweiten Funktionselement 214 ist ähnlich wie
bei der ersten Ausführungsform ein Dichtungsbalg 224 angeordnet.
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Anders
als bei der ersten Ausführungsform ist der Kugelzapfen 206 jedoch
von der im montierten Zustand dem Schaft 208 abgewandten
Seite der Kugelaufnahme 212 in diese eingesteckt, und es
ist ein Deckel 250 vorgesehen, der die Kugel 210 sowie eine
erste Lagerschale 252 umgibt. Der Deckel 250 ist
durch einen Materialabschnitt 254, der durch ein Rollieren
zu einem Bördelrand 256 umgeformt ist, in dem
Aufnahmeraum 216 festgelegt.
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Nach
einer Herstellung, Vorkonfektionierung und einem Fügen
der einzelnen Teile wird gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren auch bei der zweiten Ausführungsform des Gelenks 200 durch
einen Einstellumformungsprozess eine Einstellung des Reibmoments
des Gelenks 200 durchgeführt, wobei jedoch im
Unterscheid zu der ersten Ausführungsform bei der zweiten
Ausführungsform ein Drücken auf das erste Funktionselement 204 bei
gleichzeitig festgehaltenem zweiten Funktionselement 214 erfolgt.
Durch dieses Drücken, vorzugsweise mit einer definierten
Kraft F im Bereich von 10 bis 20 kN wird der Bördelrand 256,
der auch als Rollierbund bezeichnet werden kann und eine Passzone 258 ist,
gesetzt und leicht in Kraftrichtung plastifiziert. Nach einem ersten
Drücken wird das Reibmoment überprüft, und
der Einstellumformprozess wird gegebenenfalls fortgesetzt, bis das
gewünschte Reibmoment erreicht ist. Dabei ist es im Rahmen
der Erfindung möglich, bei festgehaltenem zweiten Funktionselement 214 die
Kraftangriffrichtung – gegebenenfalls auch umlaufend oder
taumelnd – zu variieren.
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Durch
die erfindungsgemäßen Gelenke 100, 200,
die vorzugsweise im Fahrwerksbereich von Kraftfahrzeugen Anwendung
finden, kann an Fahrzeugen ein hoher Fahrkomfort bei gleichzeitiger
CO2 Reduktion erreicht werden. Auch wird
ein sich bei der Herstellung von Gelenken einstellender Ausschuss drastisch
reduziert. Ein apparativ, verfahrenstechnisch und motagetechnisch
aufwendiger Temperprozess kann mit der Erfindung vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10063183
A1 [0003, 0003]
- - DE 19943194 C2 [0004, 0004]