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Die Erfindung betrifft eine Gelenkeinheit sowie ein Gelenk und ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenks.
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Gelenkeinheiten dienen dazu eine Relativbewegung zwischen einzelnen Gelenkkörpern eines Gelenks zu ermöglichen. Bei der Herstellung des Gelenks mittels Gießen verbindet sich das Gussmaterial mit der Oberfläche der Gelenkeinheit. Die Gelenkeinheit wird mit dem Material der Gelenkkörper umgossen.
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Aus der
DE 196 29 377 C1 ist ein Einlegeteil für einen Lagerkörper bekannt, bei dem das Einlegeteil die Form einer Haube hat und einen trennenden Randabschnitt aufweist. Das Einlegeteil wird in einen lagernden bzw. einen gelagerten Teil des Lagerkörpers eingegossen. Nachteilig ist dabei ein Verzug des Lagerkörpers bei der Abkühlung nach dem Gießvorgang. Dadurch wird die relative Verdrehbarkeit der aneinander gelagerten Teile beeinträchtigt.
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Aus der
DE 100 33 487 C2 ist ein weiteres Lager bekannt, wobei ein erstes Lagerteil fest mit einer ersten Lagerschale verbunden ist und ein zweites Lagerteil fest mit einer zweiten Lagerschale verbunden ist und die erste und zweite Lagerschale gleitend aneinander liegen. Die Lagerschalen bilden ein Drehlager-Einlegeteil. Nachteilig ist dabei wiederum, dass ein langzeitstabiles und sicheres Verschwenken der Lagerteile nicht möglich ist.
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Die
DE 10 2006 037 902 A1 betrifft eine Gelenkeinheit aufweisend eine Achse, die an ihren Enden jeweils einen Aufnahmezapfen mit einem Bund aufweist, und zwei Achskappen, die zylinderförmig ausgebildet sind und an einem ihrer Enden einen Bund aufweisen und spielfrei drehend auf den Aufnahmezapfen angeordnet sind.
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Aus der
DE 34 16 960 A1 ist ein Kraftwagentürscharnier bekannt, mit einem wartungsfrei gelagertem Scharnierstift, der im mittleren Scharnierauge des einen oder in beiden außenliegenden Scharnieraugen des anderen Scharnierflügels über eine Buchse aus wartungsfreiem Material mit Laufsitz und entweder in mindestens einem der beiden außenliegenden Scharnieraugen des anderen oder im mittleren Scharnierauge des einen Scharnierflügels über eine radiale Umfangsrändel drehsicher festgelegt ist.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Gelenkeinheit bzw. ein Gelenk zu schaffen, die sich einfach und schnell herstellen lassen. Ferner soll durch die erfindungsgemäße Gelenkeinheit bzw. durch das erfindungsgemäße Gelenk ein langzeitstabiles und sicheres Verschwenken des Gelenks gewährleistet werden können. Außerdem sollen beim Herstellen des Gelenks unterschiedliche Schwundbewegungen der Gelenkkörper ausgeglichen werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Gelenkeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Gelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenks mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
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Die erfindungsgemäße Gelenkeinheit umfasst eine Achse, die an ihren Enden jeweils einen Aufnahmezapfen mit einem Bund aufweist. Ferner umfasst die Gelenkeinheit zwei Achskappen, die zylinderförmig bzw. hutförmig ausgebildet sind und an einem ihrer Enden ebenfalls einen Bund aufweisen. Die Achskappen sind spielfrei drehend auf den Aufnahmezapfen angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Gelenkeinheit weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass Gelenke hergestellt werden können, bei denen ein Verklemmen der Gelenkkörper verhindert wird. Insgesamt wird somit ein langzeitstabiles und sicheres Verschwenken des Gelenks erreicht.
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Die Drehbewegung der Gelenkeinheit erfolgt erfindungsgemäß zwischen den Achskappen und den Aufnahmezapfen. Erfindungsgemäß sind die Achskappen und Aufnahmezapfen so zueinander dimensioniert, dass sich ein Zusammenspiel wie bei einer bekannten Lager-Wellen-Passung ergibt.
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Erfindungsgemäß wird unter Achse eine geteilte Achse verstanden. Die Achse wird dann aus zwei Achsabschnitten gebildet. Hierbei weist jeder Achsabschnitt endseitig einen Aufnahmezapfen mit Bund auf. Ein Achsabschnitt, der Aufnahmezapfen und der Bund sind dabei vorteilhafterweise einstückig ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass hierdurch beim Herstellen des Gelenks unterschiedliche Schwundbewegungen der Gelenkkörper ausgeglichen werden können. Die Achsabschnitte können sich in Axialrichtung relativ zueinander bewegen und somit der Schwundbewegung der Gelenkkörper folgen. Ein Klemmen des Gelenks kann damit verhindert werden. Ist die Achse einteilig ausgebildet, so wird hierdurch eine präzise koaxiale Ausrichtung der Achszapfen und damit auch der damit verbundenen Gelenkkörper sichergestellt.
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Die im zusammengebauten Zustand der Gelenkeinheit einander zugewandten und einander berührenden Flächen der Achskappen und der Aufnahmezapfen mit Bünden sind bevorzugt glatt ausgebildet und bilden die Gleitflächen der Gelenkeinheit. Durch die glatte Oberfläche wird erreicht, dass eine relative Drehung der Elemente der Gelenkeinheit zueinander leicht möglich ist, der Reibungswiderstand wird minimiert.
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Im Gegensatz dazu sind die voneinander abgewandten Flächen der Elemente der Gelenkeinheit, die in dem erfindungsgemäßen Gelenk von dem Gussmaterial der Gelenkkörper umgeben sind, bevorzugt aufgeraut ausgebildet.
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Die Achse weist bevorzugt wenigstens teilweise auf ihrer Mantelfläche axial verlaufende Nuten und/oder Rippen auf. Hierdurch kann eine verbesserte Verbindung zwischen Achse und Gelenkkörper während des Gießvorgangs erreicht werden. Bevorzugt erstrecken sich die Nuten und Rippen gleichmäßig über den Umfang der Achse. Es ist jede beliebige Ausgestaltung von Rippen bzw. Nuten denkbar, die eine feste Verankerung der Achse im Gelenkkörper bewirkt.
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Bevorzugt weisen die Achskappen wenigstens teilweise Rillen und/oder Nuten auf. Hierdurch kann eine feste Verankerung auch der Achskappen im zugehörigen Gelenkkörper erreicht werden. Der Verlauf der Rillen bzw. Nuten ist vorteilhafterweise in Radialrichtung. Die Nuten bzw. Rillen können nur auf dem Bund angeordnet sein. Es ist aber auch denkbar, dass sie sowohl auf dem Bund als auch auf der Mantelfläche der Achskappen angeordnet sind.
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Die Elemente der Gelenkeinheit können beispielsweise aus Kunststoff oder Metall, Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung bestehen. Die Materialauswahl erfolgt in Abhängigkeit von der Verwendung der Gelenkeinheit. Die Elemente der Gelenkeinheit können ferner aus dem gleichen Material bestehen. Es ist aber durchaus auch möglich, dass die Elemente aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Bevorzugt werden selbst schmierende Materialien verwendet. Vor einem Zusammenbau der Elemente zu einer Gelenkeinheit können die Gleitflächen mit einem Dauerschmierstoff versehen werden.
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Bevorzugt ist die Achse eine Vollachse. Es ist aber auch denkbar, dass die Achse eine Hohlachse ist. Hierdurch wird die Gelenkeinheit leichter, wodurch sie sich gut für den Leichtbau eignet.
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Indem vorteilhafterweise sowohl die Achse als auch die Achskappen rotationssymmetrische Körper sind, lassen sie sich als Drehteile einfach und kostengünstig herstellen. Denkbar ist aber auch, dass die Achskappen Biegeteile sind.
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Das erfindungsgemäße Gelenk weist wenigstens eine erfindungsgemäße Gelenkeinheit und wenigstens zwei Gelenkkörper, einen ersten und einen zweiten Gelenkkörper auf, wobei der erste Gelenkkörper fest mit der Achse verbunden ist und der zweite Gelenkkörper fest mit den Achskappen verbunden ist. Auf diese Weise ist der erste Gelenkkörper über die Gelenkeinheit an dem zweiten Gelenkkörper gelagert.
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Das erfindungsgemäße Gelenk weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass ein Verklemmen der Gelenkkörper beim Verschwenken verhindert wird und dadurch ein langzeitstabiles und sicheres Verschwenken des Gelenks ermöglicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Gelenkkörper fest mit der Achse und der andere Gelenkkörper fest mit den Achskappen verbunden ist. Durch die Anordnung der Achskappen auf der Achse kann eine koaxiale Lagerung gewährleistet werden. Durch die Bünde der Achse bzw. der Aufnahmezapfen und durch die Bünde der Achskappen werden die Gelenkteile voneinander getrennt.
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Vorteilhafterweise weist das Gelenk Gelenkkörper mit Hohlräumen, die bevorzugt senkrecht zur Drehachse verlaufen, auf. Der besondere Vorteil hierbei ist, dass derartige Gelenkkörper eine hohe mechanische Stabilität aufweisen bei gleichzeitiger Einsparung an Material. Somit eignen sich derart ausgebildete Gelenke auch in Bereichen, bei denen das Einsparen von Gewicht von Bedeutung ist.
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Die Gelenkkörper des erfindungsgemäßen Gelenks können aus Kunststoff, Metall, vorzugsweise Stahlguss, Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung bestehen. Bevorzugt bestehen die Gelenkkörper aber aus Kunststoff oder einem Leichtmetall (z.B. Aluminium). Die Verwendung von derartigen Materialen bietet den Vorteil, dass die Gelenkkörper in ihrer Bauweise sehr leicht, aber trotzdem stabil und strapazierfähig sind. Insbesondere wenn die Gelenke in Kraftfahrzeugen Anwendung finden sollen, spielt die Leichtbauweise eine wichtige Rolle.
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Bevorzugt bestehen die Gelenkeinheit und die Gelenkkörper aus dem gleichen Material. Dies bietet den Vorteil, dass aufgrund der gleichen Materialeigenschaften die Elemente auf äußere Bedingungen gleich reagieren und so beispielsweise ein Verklemmen des Gelenks durch unterschiedliche thermische Ausdehnung vermieden wird.
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Das erfindungsgemäße Gelenk wird bevorzugt in Kraftfahrzeugen verwendet. Es eignet sich besonders bevorzugt für das Verschwenken einer Heckklappe. Alternativ können aber auch Türen und andere Bauteile verschwenkt werden, die im Kraftfahrzeugsektor oder anderen Bereichen Einsatz finden.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gelenks. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:
- - Einlegen wenigstens einer erfindungsgemäßen Gelenkeinheit in eine Form eines Gießwerkzeugs,
- - Umgießen der wenigstens einen Gelenkeinheit mit Gussmaterial,
wobei sowohl die Achse als auch die Achskappen der Gelenkeinheit zumindest teilweise umgossen werden, wobei die Achsabschnitte so in das Werkzeug eingelegt werden, dass zwischen ihnen ein Freiraum verbleibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass hierdurch in einem Arbeitsgang die Gelenke nebst Befestigungselementen und Durchbrüchen hergestellt werden können. Zusätzliche Montageschritte sind nicht erforderlich. Die Achse setzt sich aus zwei Achsabschnitten zusammen, diese werden so in das Werkzeug eingelegt, dass sich zwischen ihnen ein Freiraum befindet. Härten die Gelenkkörper aus, dann kommt es zu Schwund. Aufgrund des Freiraums zwischen den Achsabschnitten, kann die Schwundbewegung frei stattfinden. Die Achsabschnitte folgen dieser Schwungbewegung. Ein Klemmen der Gelenkkörper wird somit verhindert.
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Die Bünde verhindern das Zusammenfließen des flüssigen Gussmaterials. Die Bünde teilen den Formraum des Werkzeugs in zwei getrennte Raumteile, so dass zwei unterschiedliche Gelenkteile, ein erster Gelenkkörper und ein zweiter Gelenkkörper, ausgeformt werden können. Erfindungsgemäß erfolgt die Justierung bzw. Aufnahme der Gelenkeinheit im Werkzeug über die Bünde. Die Flächen zwischen den Bünden, d.h. die Gleitflächen der Gelenkeinheit, bleiben vom Gussmaterial unberührt.
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Bevorzugt wird die Gelenkeinheit so in das Werkzeug eingelegt, dass die Bünde zusammenwirkend mit der Form einen zwischen den Bünden befindlichen Spaltraum gegenüber dem Gussmaterial abdichten. Hierdurch wird erreicht, dass die Elemente der Gelenkeinheit nach dem Umgießen auch weiterhin drehbar zueinander sind und ein Verschwenken der Gelenkkörper zueinander möglich ist.
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Das Umgießen der Gelenkeinheit erfolgt vorteilhafterweise mittels Druckgießen, Gießen oder Spritzguss. Das Verfahren hängt insbesondere vom Material der Gelenkkörper ab. Sollen die Gelenkkörper aus Kunststoff hergestellt werden, so wird das Spritzgießverfahren bevorzugt. Sollen die Gelenkkörper aus Metall sein, ist der Druckguss das bevorzugte Verfahren.
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Damit ein dauerhaftes Verschwenken des Gelenks möglich ist, ohne dass es zu einer Erhöhung der Reibung bzw. des Verschleißes entlang der Gleitfläche kommt, kann vor dem Umgießen der Gelenkeinheit ein Dauerschmiermittel zwischen die Elemente der Gelenkeinheit eingebracht werden.
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Die Achse lässt sich vorteilhafterweise durch Drehen herstellen. Hierdurch lassen sich rotationssymmetrische Körper akkurat, kostengünstig und einfach fertigen. Bevorzugt werden auch die Achskappen durch Drehen hergestellt.
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Vorteilhafterweise können die Achskappen durch Umformen, bevorzugt durch Biegen, hergestellt werden. Die Achskappen werden hierzu aus Flachmaterial, bevorzugt aus metallischem Flachmaterial, hergestellt. Durch biegetechnische Verformung erhalten sie die für die Funktion erforderliche Form.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Unteransprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.
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Es zeigen:
- 1 schematische Darstellung einer Gelenkeinheit in einer ersten Ausgestaltung,
- 2 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gelenkeinheit in einer zweiten Ausgestaltung,
- 3 schematische Schnittdarstellung eines Gelenks in einer ersten Ausgestaltung,
- 4 schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Gelenks in einer zweiten Ausgestaltung.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gelenkeinheit 10 in einer ersten möglichen Ausgestaltung. Die Gelenkeinheit 10 weist eine Achse 12 auf. Die Achse 12 weist an ihren Enden jeweils einen Aufnahmezapfen 16 mit einem Bund 14 auf. Die Achse 12 kann als Hohl- oder als Vollachse ausgebildet sein. Die Achse 12, die Aufnahmezapfen 16 und die Bünde 14 sind einstückig ausgebildet. Ferner umfasst die Gelenkeinheit 10 zwei Achskappen 18. Die Achskappen 18 sind hutförmig ausgebildet und weisen an einem ihrer Enden ebenfalls einen Bund 20 auf. Indem die Elemente der Gelenkeinheit 10 rotationssymmetrisch ausgebildet sind, lassen sie sich bevorzugt durch Drehen herstellen. Die Achskappen 18 können auch als Biegeteile hergestellt werden.
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Die in einem zusammengebauten Zustand der Gelenkeinheit 10 einander berührenden Flächen 14', 18' der Bünde 14, 20 sind bevorzugt glatt ausgeführt und bilden die Gleitflächen der Gelenkeinheit 10. Durch die glatt ausgebildeten Oberflächen kann ein relatives Verdrehen der Achskappen 18 zu der Achse 12 und umgekehrt möglichst gleichförmig und reibungsfrei erfolgen. Vorteilhafterweise ist auf die Gleitflächen ein Langzeitschmiermittel aufgebracht.
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Die gegenüberliegenden Flächen 14", 18" der Bünde 14, 20 weisen bevorzugt eine raue Oberfläche auf. Hierdurch kann die Verbindung zwischen Gelenkeinheit 10 und Gelenkkörpern 24, 26 des Gelenks 100 verbessert werden. Bevorzugt weist die Achse 12 axial verlaufende Rillen und/oder Nuten auf.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gelenkeinheit 10 in einer zweiten möglichen Ausgestaltung. Die Gelenkeinheit 10' weist eine Achse 12 auf. Die Achse 12 setzt sich aus zwei Achsabschnitten, einem ersten 12' und einem zweiten 12", zusammen. Die Achsabschnitte 12', 12" weisen an den voneinander abgewandten Enden jeweils einen Aufnahmezapfen 16 mit einem Bund 14 auf. Die Achsabschnitte 12', 12" können als Hohl- oder als Vollabschnitte ausgebildet sein. Ein Achsabschnitt 12', 12", der Aufnahmezapfen 16 und der Bund 14 sind einstückig ausgebildet. Indem sich die Achse 12 aus zwei Achsabschnitten 12', 12" zusammensetzt, können die Schwundbewegungen der Gelenkkörper beim Herstellen des Gelenks ausgeglichen werden: Dies ist dadurch möglich, dass sich die Achsabschnitte 12', 12"in Axialrichtung relativ zueinander bewegen können. Ferner umfasst die Gelenkeinheit 10' zwei Achskappen 18. Die Achskappen 18 sind hutförmig ausgebildet und weisen an einem ihrer Enden ebenfalls einen Bund 20 auf.
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Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Gelenks 100 in einer ersten möglichen Ausgestaltung. Auf den Aufnahmezapfen 16 sind die Achskappen 18 angeordnet. Der Teil der Achse 12, der nicht von den Achskappen 18 umgeben ist, ist von einem ersten Gelenkkörper 26 umgeben. Die Achskappen 18 sind von einem zweiten Gelenkkörper 24 umgeben. Damit ein dauerhaftes und einwandfreies Verschwenken des Gelenks 100 möglich ist, ohne dass es mit der Zeit zu einer Erhöhung von Reibung durch Verschleiß entlang der Gleitfläche kommt, wird vor dem Umgießen der Gelenkeinheit 100 bevorzugt ein Dauerschmiermittel zwischen die Elemente der Gelenkeinheit 10 eingebracht. Vorteilhafterweise bestehen die Gelenkeinheit 10 und die Gelenkkörper 24, 26 aus dem gleichen Material.
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Wie in 3 dargestellt, trennen die Bünde 14, 20 die Gelenkkörper 24, 26 voneinander. Hierdurch sind die Elemente der Gelenkeinheit 10 auch nach dem Umgießen mit Gussmaterial weiterhin drehbar zueinander.
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Die Gelenkeinheit 10 wird bei der Herstellung des Gelenks so in ein Gusswerkzeug gelegt, dass die Bünde 14, 20 den Formraum des Werkzeugs in zwei getrennte Raumteile unterteilen. Bevorzugt wird die Gelenkeinheit 10 so in das Werkzeug eingelegt, dass der zwischen den Bünden 14, 20 liegende Spaltraum gegenüber dem Gussmaterial über das Werkzeug abgedichtet ist. Während des Herstellungsprozesses verhindern die Bünde 14, 20 somit das Zusammenfließen des flüssigen Gussmaterials. Der Spaltraum zwischen den Bünden 14, 20, d.h. die Gleitflächen der Gelenkeinheit 10 bleiben folglich vom Gussmaterial frei. Erfindungsgemäß erfolgt die Halterung der Gelenkeinheit 10 im Werkzeug über die Bünde 14, 20.
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Das Gelenk 100 wird bevorzugt mittels Druckgießen, Gießen oder Spritzguss hergestellt. Das verwendete Verfahren hängt insbesondere vom Material der Gelenkkörper ab.
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Die 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Gelenks 100' in einer zweiten möglichen Ausgestaltung. Auf den Aufnahmezapfen 16 der Achsabschnitte 12', 12" sind die Achskappen 18 angeordnet. Der Teil der Achsabschnitte 12', 12", der nicht von den Achskappen 18 umgeben ist, ist von einem ersten Gelenkkörper 26 umgeben. Die Achskappen 18 sind von einem zweiten Gelenkkörper 24 umgeben. Die Achsabschnitte 12', 12" werden so in das Werkzeug gelegt, dass sich zwischen ihnen ein Freiraum 28 befindet. Härten die Gelenkkörper 24, 26 aus, dann schwinden sie, wodurch es zu Verzug des Gelenks 100' kommen kann. Aufgrund des Freiraums 28 zwischen den Achsabschnitten 12', 12", können die Achsabschnitte 12', 12" der Schwundbewegung folgen. Ein Klemmen der Gelenkkörper 24, 26 wird somit verhindert.
