DE102014223061A1

DE102014223061A1 - Verfahren zum Herstellen eines Gelenks

Info

Publication number: DE102014223061A1
Application number: DE102014223061.6A
Authority: DE
Inventors: Hauke Frenzel; Hermann Frye
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: DE102014223061B4

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Gelenks (1), welches ein Gelenkgehäuse (2) und ein in diesem unter Zwischenschaltung eines Lagerelements (6) bewegbar gelagertes und sich aus dem Gelenkgehäuse (2) heraus erstreckendes Gelenkinnenteil (3) umfasst, mit den Verfahrensschritten: Einbringen des Gelenkinnenteils (3) und des Lagerelements (6) in das Gelenkgehäuse (2), wobei das Lagerelement (6) zwischen dem Gelenkgehäuse (2) und dem Gelenkinnenteil (3) angeordnet wird, und vorübergehendes Erwärmen des zwischen dem Gelenkinnenteil (3) und dem Gelenkgehäuse (2) angeordneten Lagerelements (6), wobei das Lagerelement (6) aus einem dielektrischen Werkstoff besteht und zum vorübergehenden Erwärmen einem elektrischen Wechselfeld (E) ausgesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gelenks, welches ein Gelenkgehäuse und ein in diesem unter Zwischenschaltung eines Lagerelements bewegbar gelagertes und sich aus dem Gelenkgehäuse heraus erstreckendes Gelenkinnenteil umfasst, mit den Verfahrensschritten: Einbringen des Gelenkinnenteils und des Lagerelements in das Gelenkgehäuse, wobei das Lagerelement zwischen dem Gelenkgehäuse und dem Gelenkinnenteil angeordnet wird, und vorübergehendes Erwärmen des zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse angeordneten Lagerelements.
Die DE 11 2012 001 492 T5 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenks, welches ein aus einem rohrförmigen Metall gebildetes Gehäuse, einen aus Metall gebildeten Kugelzapfen, welcher einen Kugelteil und einen von dem Kugelteil vorstehenden Zapfenteil umfasst, und einen aus einem thermoplastischen Harz/Kunstharz gebildeten Lagersitz aufweist, welcher innerhalb des Gehäuses eingepasst ist, während er den Kugelteil umgibt und diesen hält, so dass der Zapfenteil in der Lage ist, zu schwenken, wobei das Verfahren einen Montageschritt zum Montieren des Kugelgelenks, während ein Vordruck auf den Lagersitz übertragen wird, und einen Heizschritt zum Heizen des Kugelgelenks nach dem Montageschritt umfasst, um den Lagersitz derart aufzuweichen, dass sich der Lagersitz an eine Außenumfangsfläche des Kugelteils anpasst. Der Heizschritt umfasst das Anordnen einer Induktionsheizspule, sodass sie das Gehäuse und/oder den Zapfenteil umgibt, und das Heizen des Gehäuses und/oder des Kugelzapfens durch Erregen der Induktionsheizspule und dadurch Heizen und Aufweichen des Lagersitzes durch die Wärmeleitung von einer Innenumfangsfläche des Gehäuses und/oder von einer Außenumfangsfläche des Kugelteils zu dem Lagersitz.
Bei diesem Verfahren wird der Lagersitz indirekt über das Erwärmen des Gehäuses und/oder des Kugelzapfens erwärmt. Nachteilig daran ist, dass das Erwärmen der im Vergleich zum Lagersitz großen Gehäusemasse und/oder Kugelzapfenmasse relativ lange dauert. Ferner hält das Gehäuse und/oder der Kugelzapfen aufgrund seiner Masse die Wärme relativ lange, sodass ein Abkühlen von Gehäuse und/oder Kugelzapfen abgewartet werden muss, bevor das Kugelgelenk weiteren Montageschritten zugeführt werden kann. Auch besteht die Gefahr, dass der Lagersitz zu lange erwärmt oder überhitzt wird. Dem kann nur durch aktives Kühlen von Gehäuse und/oder Kugelzapfen entgegen gewirkt werden, was relativ aufwändig ist. Ähnlich stellt sich die Lage dar, wenn das Kugelgelenk zum Tempern des Lagersitzes in einem Ofen erwärmt wird.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art, die im Zusammenhang mit dem vorübergehenden Erwärmen des Lagerelements erforderliche Zeitdauer reduzieren zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Das Verfahren zum Herstellen eines Gelenks, welches ein Gelenkgehäuse und ein in diesem unter Zwischenschaltung eines Lagerelements bewegbar gelagertes und sich aus dem Gelenkgehäuse heraus erstreckendes Gelenkinnenteil aufweist, umfasst die Verfahrensschritte: Einbringen des oder eines Gelenkinnenteils und des oder eines Lagerelements in das oder ein Gelenkgehäuse, wobei das Lagerelement zwischen dem Gelenkgehäuse und dem Gelenkinnenteil angeordnet wird, und vorübergehendes Erwärmen des zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse angeordneten Lagerelements, wobei das Lagerelement aus einem dielektrischen Werkstoff besteht und zum vorübergehenden Erwärmen einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt wird.
Durch das elektrische Wechselfeld wird das Lagerelement insbesondere direkt erwärmt. Somit kann die Zeitdauer zum Erwärmen des Lagerelements deutlich reduziert werden, da auf ein vorheriges Erwärmen des Gelenkgehäuses und/oder des Gelenkinnenteils verzichtet werden kann. Insbesondere kann die Wärme von dem Lagerelement an das Gelenkgehäuse und/oder an das Gelenkinnenteil abgegeben werden. Da das Gelenkgehäuse und/oder das Gelenkinnenteil nur indirekt über das Lagerelement erwärmt werden, nehmen sie auch deutlich weniger Wärme als bei dem herkömmlichen Verfahren auf, sodass ein anschließendes Abkühlen vor einer Weiterverarbeitung erst gar nicht erforderlich oder hinsichtlich seiner Zeitdauer zumindest deutlich reduzierbar ist. Ferner kann ein zu langes Erwärmen oder ein Überhitzen des Lagerelements aufgrund von sehr langsam abkühlendem Gelenkgehäuse und/oder Gelenkinnenteil vermieden werden. Insbesondere wirken das Gelenkgehäuse und/oder das Gelenkinnenteil als Kühlkörper für das Lagerelement, vorzugsweise während des Erwärmens und/oder des Abkühlens des Lagerelements. Schließlich kann durch das direkte Erwärmen des Lagerelements mittels des elektrischen Wechselfelds der Gesamtenergieaufwand zum Erwärmen des Lagerelements im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren reduziert werden.
Bevorzugt erfolgt das Einbringen des Gelenkinnenteils und des Lagerelements in das Gelenkgehäuse, wobei das Lagerelement zwischen dem Gelenkgehäuse und dem Gelenkinnenteil angeordnet wird, vor dem vorübergehenden Erwärmen des zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse angeordneten Lagerelements.
Das Gelenkgehäuse, das Gelenkinnenteil und das Lagerelement werden vorzugsweise hergestellt und/oder bereitgestellt. Insbesondere werden das Gelenkgehäuse, das Gelenkinnenteil und das Lagerelement hergestellt, bevor das Gelenkgehäuse, das Gelenkinnenteil und das Lagerelement bereitgestellt werden. Bevorzugt erfolgt das Einbringen des Gelenkinnenteils und des Lagerelements in das Gelenkgehäuse, wobei das Lagerelement zwischen dem Gelenkgehäuse und dem Gelenkinnenteil angeordnet wird, nachdem das Gelenkgehäuse, das Gelenkinnenteil und das Lagerelement hergestellt und/oder bereitgestellt werden.
Das Lagerelement wird bevorzugt aus dem oder einem dielektrischen Werkstoff hergestellt und/oder bereitgestellt. Beispielsweise wird das Lagerelement aus dem oder einem dielektrischen Werkstoff bestehend bereitgesellt. Insbesondere wird das Lagerelement aus dem dielektrischen Werkstoff hergestellt, bevor das Lagerelement bereitgestellt wird. Vorteilhaft erfolgt das Einbringen des Gelenkinnenteils und des Lagerelements in das Gelenkgehäuse, wobei das Lagerelement zwischen dem Gelenkgehäuse und dem Gelenkinnenteil angeordnet wird, nachdem das Lagerelement aus dem dielektrischen Werkstoff hergestellt und/oder bereitgestellt wird.
Unter einem elektrischen Wechselfeld wird insbesondere ein sich zeitlich periodisch änderndes elektrisches Feld verstanden. Wird ein dielektrischer Werkstoff einem sich zeitlich periodisch ändernden elektrischen Feld ausgesetzt, ändert sich auch die Polarisation im dielektrischen Werkstoff periodisch. Dabei wird dem elektrischen Feld Energie entzogen, die im dielektrischen Werkstoff in Wärme umgesetzt wird und zu einer Temperaturerhöhung desselben führt. Bevorzugt wird das Lagerelement durch Orientierungspolarisation des dielektrischen Werkstoffs im elektrischen Wechselfeld erwärmt. Insbesondere ist die Orientierungspolarisation reibungsbehaftet. Vorteilhaft umfasst das Lagerelement und/oder der dielektrische Werkstoff Bestandteile mit elektrischem Dipolmoment, die insbesondere durch das elektrische Wechselfeld bewegt, vorzugsweise hin und her bewegt, werden.
Gemäß einer Weiterbildung besteht das Lagerelement und/oder der dielektrische Werkstoff aus Kunststoff, der vorzugsweise ein polarer Kunststoff ist. Unter einem „polaren Kunststoff“ wird insbesondere ein Kunststoff verstanden, der Bestandteile mit elektrischem Dipolmoment aufweist. Solche Bestandteile können z.B. Moleküle des Kunststoffs und/oder in den Kunststoff eingebrachte Additive und/oder in dem Kunststoff vorhandene Verunreinigungen sein. Beispielsweise besteht das Lagerelement und/oder der dielektrische Werkstoff aus Polyoxymethylen (POM) und/oder aus Polyetheretherketon (PEEK). Bevorzugt wird das Lagerelement aus Kunststoff hergestellt, der insbesondere ein polarer Kunststoff ist. Vorzugsweise wird das Lagerelement aus POM und/oder aus PEEK hergestellt.
Die Permittivität und/oder die relative Permittivität des Lagerelements und/oder des dielektrischen Werkstoffs wird insbesondere durch die Zugabe von Additiven, vorzugsweise durch die Zugabe von elektrisch leitfähigen Additiven, beispielsweise durch die Zugabe von Graphit, auf ein gewünschtes Maß eingestellt. Bevorzugt umfasst das Lagerelement und/oder der dielektrische Werkstoff Graphit. Vorteilhaft wird das Lagerelement aus Kunststoff, insbesondere aus polarem Kunststoff, vorzugsweise aus POM und/oder aus PEEK, unter Zugabe von Graphit hergestellt.
Die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes ist oder wird insbesondere an die an der Polarisation und/oder der Orientierungspolarisation beteiligten Bestandteile des Lagerelements und/oder des dielektrischen Werkstoffs angepasst. Bevorzugt liegt die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes im Hochfrequenzbereich. Unter Hochfrequenzbereich wird insbesondere ein Frequenzbereich zwischen 3 MHz und 45 MHz verstanden. Beispielsweise liegt die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes bei etwa 13 MHz, 27 MHz oder 41 MHz. Vorzugsweise beträgt die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes 13,56 MHz, 27,12 MHz oder 41 MHz.
Gemäß einer Weiterbildung werden das Gelenkgehäuse und das Gelenkinnenteil zumindest teilweise und/oder bereichsweise aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt. Vorzugsweise werden das Gelenkgehäuse und das Gelenkinnenteil aus Metall hergestellt. Bevorzugt bestehen das Gelenkgehäuse und das Gelenkinnenteil zumindest teilweise und/oder bereichsweise aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff. Insbesondere bestehen das Gelenkgehäuse und das Gelenkinnenteil aus Metall. Vorteilhaft bilden das Gelenkgehäuse und das Gelenkinnenteil Elektroden eines Kondensators, zwischen denen das elektrische Wechselfeld ausgebildet wird. Vorzugsweise ist oder wird das Lagerelement zwischen den Elektroden angeordnet. Insbesondere wird zur Erzeugung des elektrischen Wechselfeldes eine elektrische Wechselspannung an die Elektroden angelegt. Da das Gelenkgehäuse und das Gelenkinnenteil Bestandteile des herzustellenden Kugelgelenks bilden, sind insbesondere keine zusätzlichen Elektroden für das Ausbilden des elektrischen Feldes vorzusehen. Hierdurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, das zwischen dem Gelenkgehäuse und dem Gelenkinnenteil angeordnete Lagerelement dem elektrischen Wechselfeld auszusetzen. Die Frequenz der elektrischen Wechselspannung entspricht insbesondere der Frequenz des elektrischen Wechselfeldes. Der Effektivwert der elektrischen Wechselspannung liegt z.B. bei 1kV oder darüber. Bevorzugt handelt es sich bei der elektrischen Wechselspannung um Hochspannung.
Bevorzug wird das Gelenkgehäuse, insbesondere nach dem Einbringen des Gelenkinnenteils und des Lagerelements in das Gelenkgehäuse durch ein oder wenigstens ein Verschlusselement verschlossen. Vorteilhaft wird dabei das Lagerelement unter mechanische Druckspannung gesetzt, insbesondere derart, dass das Lagerelement gegen das Gelenkinnenteil und/oder das Gelenkgehäuse drückt, vorzugsweise auch während des Erwärmens des Lagerelements. Bevorzugt werden mit dem Verschlusselement das Gelenkinnenteil und das Lagerelement nach ihrem Einbringen in das Gelenkgehäuse in dem Gelenkgehäuse gesichert. Vorzugsweise werden mit dem Verschlusselement das Gelenkinnenteil und das Lagerelement nach ihrem Einbringen in das Gelenkgehäuse und vor dem Erwärmen des Lagerelements in dem Gelenkgehäuse gesichert. Das Verschlusselement ist z.B. durch ein separates Bauteil gebildet, welches an und/oder in dem Gelenkgehäuse befestigt wird. Bevorzugt wird das Verschlusselement über das Gelenkinnenteil geführt und dann an dem Gelenkgehäuse befestigt. Insbesondere erstreckt sich das Gelenkinnenteil durch das Verschlusselement hindurch aus dem Gelenkgehäuse heraus. Beispielsweise ist das Verschlusselement durch einen Verschlussring, durch einen Sicherungsring oder durch einen Lamellenring gebildet. Der Sicherungsring oder der Lamellenring werden z.B. in eine in dem Gelenkgehäuse vorgesehene Ringnut eingesetzt. Es ist aber auch möglich, dass das Verschlusselement durch Umformen eines Bereichs des Gelenkgehäuses an und/oder in dem Gelenkgehäuse gesichert wird, beispielsweise dann, wenn es sich bei dem Verschlusselement um einen Verschlussring handelt. Ergänzend oder alternativ kann der Verschlussring aber auch in das Gelenkgehäuse eingepresst werden. Ferner ist es möglich, dass das Verschlusselement durch Umformen eines Bereichs des Gelenkgehäuses gebildet wird. In diesem Fall ist das Verschlusselement z.B. durch den umgeformten Bereich des Gelenkgehäuses gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung wird das in das Gelenkgehäuse eingebrachte Lagerelement, vorzugsweise durch ein oder wenigstens ein Druckelement, unter mechanische Druckspannung gesetzt, insbesondere derart, dass das Lagerelement gegen das Gelenkinnenteil und/oder das Gelenkgehäuse drückt, vorteilhaft auch während des Erwärmens des Lagerelements. Bevorzugt wird das in das Gelenkgehäuse eingebrachte Lagerelement dabei während oder nach dem Einbringen des Gelenkinnenteils und des Lagerelements in das Gelenkgehäuse und/oder vor oder während dem vorübergehenden Erwärmen des Lagerelements unter mechanische Druckspannung gesetzt. Beispielsweise wird das Druckelement durch eine Presse oder durch einen Teil einer Presse gebildet oder durch eine Presse betätigt. Das Druckelement kann z.B. durch das Verschlusselement gebildet sein. Vorteilhaft wird das in das Gelenkgehäuse eingebrachte Lagerelement, vorzugsweise durch ein oder wenigstens ein Sicherungselement, unter mechanischer Druckspannung gehalten, insbesondere derart, dass das Lagerelement gegen das Gelenkinnenteil und/oder das Gelenkgehäuse drückt, vorteilhaft auch während des Erwärmens des Lagerelements. Das Sicherungselement ist z.B. durch ein separates Bauteil gebildet, welches an und/oder in dem Gelenkgehäuse befestigt wird. Bevorzugt ist das Sicherungselement durch das Verschlusselement gebildet.
Gemäß einer Ausgestaltung werden das Gelenkinnenteil und das Gelenkgehäuse unter Zwischenschaltung des Lagerelements gegeneinander drückend miteinander verbunden und/oder aneinander befestigt, z.B. mittels des oder eines Verschluss- oder Sicherungselements. Somit wird insbesondere das zwischen dem Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse angeordnete Lagerelement unter mechanische Druckspannung gesetzt, vorzugsweise derart, dass das Lagerelement gegen das Gelenkinnenteil und/oder das Gelenkgehäuse drückt, vorteilhaft auch während des Erwärmens des Lagerelements. Bevorzugt werden das Gelenkinnenteil und das Gelenkgehäuse unter Zwischenschaltung des Lagerelements gegeneinander drückend miteinander verbunden und/oder aneinander befestigt, während oder nachdem das Gelenkinnenteil und das Lagerelement in das Gelenkgehäuse eingebracht werden und/oder bevor oder während das Lagerelement vorübergehend erwärmt wird, sodass das Lagerelement insbesondere auch während des Erwärmens unter mechanischer Druckspannung steht.
Vor dem Erwärmen bildet das Lagerelement insbesondere einen formstabilen Körper. Durch das Erwärmen wird das Lagerelement und/oder der dielektrische Werkstoff insbesondere aufgeweicht und/oder in einen plastisch verformbaren Zustand überführt. Bevorzugt steht das Lagerelement während des Erwärmens unter mechanischer Druckspannung, vorzugsweise derart, dass das Lagerelement gegen das Gelenkinnenteil und/oder das Gelenkgehäuse drückt. Vorteilhaft wird das Lagerelement während des Erwärmens plastisch verformt. Insbesondere passt sich das Lagerelement während des Erwärmens an eine Lagerfläche des Gelenkinnenteils und/oder an eine Lagerfläche des Gelenkaußenteils an. Bevorzugt werden während des Erwärmens mechanische Spannungsspitzen im Lagerelement abgebaut. Nach dem Erwärmen und/oder nach einem Abkühlen des Lagerelements bildet das Lagerelement insbesondere wieder einen formstabilen Körper.
Das Lagerelement ist vorzugsweise einteilig ausgebildet. Alternativ kann das Lagerelement aber auch mehrere Lagerelementteile umfassen und/oder aus mehreren Lagerelementteilen zusammengesetzt sein. Das Gelenkinnenteil ist oder wird unter Zwischenschaltung des Lagerelements insbesondere drehbar und/oder schwenkbar in dem Gelenkgehäuse gelagert. Bevorzugt ist oder wird das Gelenkinnenteil an oder in dem Lagerelement bewegbar, insbesondere drehbar und/oder schwenkbar, gelagert. Vorteilhaft ist oder wird das Gelenkinnenteil gleitfähig an oder in dem Lagerelement gelagert. Gemäß einer Alternative ist oder wird das Lagerelement in dem Gelenkgehäuse bewegbar, insbesondere drehbar und/oder schwenkbar, gelagert. Beispielsweise ist oder wird das Lagerelement gemäß der Alternative gleitfähig in dem Gelenkgehäuse gelagert. Ferner ist oder wird das Gelenkinnenteil gemäß der Alternative insbesondere fest, vorzugsweise starr, mit dem Lagerelement verbunden.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Gelenkinnenteil einen Lagerbereich, der insbesondere kugelförmig ist. Die Oberfläche des Lagerbereichs bildet vorzugsweise die oder eine Lagerfläche des Gelenkinnenteils. Insbesondere liegt das Gelenkinnenteil mit seiner Lagerfläche, vorzugsweise gleitfähig, an dem Lagerelement an. Bevorzugt bildet das Gelenkinnenteil einen Kugelzapfen oder eine Kugelhülse. Vorteilhaft bildet das Lagerelement eine Lager- oder Kugelschale, in welche das Gelenkinnenteil mit seinem Lagerbereich eingebracht wird. Bevorzugt wird das Gelenkinnenteil mit seinem Lagerbereich in die Lager- oder Kugelschale eingebracht, bevor oder während das Gelenkinnenteil und das Lagerelement in das Gelenkgehäuse eingebracht werden.
Alternativ oder gemäß der Alternative ist es möglich, das Lagerelement fest, vorzugsweise starr, mit dem Gelenkinnenteil zu verbinden, insbesondere bevor oder während das Gelenkinnenteil und das Lagerelement in das Gelenkgehäuse eingebracht werden. In diesem Fall erstreckt sich das Gelenkinnenteil insbesondere in das Lagerelement hinein und/oder durch das Lagerelement hindurch. Ferner umfasst das Gelenkgehäuse insbesondere die oder eine Lagerfläche des Gelenkgehäuses. Insbesondere liegt das Lagerelement mit seiner Außenfläche, vorzugsweise gleitfähig, an der Lagerfläche des Gelenkgehäuses an. Das Lagerelement ist z.B. als Gelenkkugel ausgebildet. Ferner ist die Lagerfläche des Gelenkgehäuses z.B. durch eine Kugelfläche oder durch den Teil einer Kugelfläche gebildet.
Vor, während oder nach dem vorübergehenden Erwärmen des Lagerelements wird bevorzugt eine oder wenigstens eine Öffnung des Gelenkgehäuses, durch welche sich das in das Gelenkgehäuse eingebrachte Gelenkinnenteil aus dem Gelenkgehäuse herauserstreckt, abgedichtet. Insbesondere wird vor, während oder nach dem vorübergehenden Erwärmen des Lagerelements ein oder wenigstens ein sich zwischen dem in das Gelenkgehäuse eingebrachten Gelenkinnenteil und dem Gelenkgehäuse erstreckendes Dichtungselement montiert, welches vorzugsweise die oder die wenigstens eine Öffnung des Gelenkgehäuses abdeckt und/oder vor äußeren Verunreinigungen schützt. Das Dichtungselement ist z.B. ein Dichtungsbalg.
Das Gelenk bildet insbesondere ein Kugelgelenk oder ein Kugelhülsengelenk. Bevorzugt wird das Gelenk in einem Fahrzeug, insbesondere in einer Radaufhängung oder Achsaufhängung eines Fahrzeugs montiert und/oder verwendet. Vorteilhaft ist oder wird das Gelenk mit einem Radaufhängungsbauteil oder Achsaufhängungsbauteil eines Fahrzeugs verbunden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Kugelgelenks,
2 einen Längsschnitt durch einen Kugelzapfen und eine Kugelschale des Kugelgelenks, bevor der Kugelzapfen in die Kugelschale eingesetzt wird,
3 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse des Kugelgelenks und durch den in die Kugelschale eingesetzten Kugelzapfen, bevor dieser zusammen mit der Kugelschale in das Gehäuse eingesetzt wird,
4 einen Längsschnitt durch einen Verschlussring und durch den zusammen mit der Kugelschale in das Gehäuse eingesetzten Kugelzapfen, bevor der Verschlussring in das Gehäuse eingesetzt wird,
5 einen Längsschnitt durch das Gehäuse, in welches die Kugelschale, der Kugelzapfen und der Verschlussring eingesetzt sind,
6 einen Längsschnitt durch die Anordnung nach 5, wobei das Gehäuse formschlüssig mit dem Verschlussring verbunden ist und die Kugelschale einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt wird,
7 eine schematische Ansicht einer Momentaufnahme eines ein elektrisches Dipolmoment aufweisenden Bestandteils der Kugelschale im elektrischen Wechselfeld und
8 eine Schnittansicht eines Kugelhülsengelenks mit einer Lagerschale, die einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt wird.
Aus 1 ist eine Seitenansicht eines als Kugelgelenk ausgebildeten Gelenks 1 ersichtlich, welches ein Gehäuse 2, einen in dem Gehäuse 2 bewegbar gelagerten und sich aus diesem herauserstreckenden Kugelzapfen 3 und einen Dichtungsbalg 4 umfasst, der sich von dem Gelenkgehäuse 2 bis zu dem Kugelzapfen 3 erstreckt und eine Öffnung 5 (siehe 6) des Gehäuses 2 abdeckt, durch welche sich der Kugelzapfen 3 aus dem Gehäuse 2 heraus erstreckt. Der Dichtungsbalg 4 liegt dabei sowohl an dem Gehäuse 2 als auch an dem Kugelzapfen 3 dichtend an, der ein Gelenkinnenteil des Kugelgelenks 1 bildet. Das Gehäuse 2 und der Kugelzapfen 3 bestehen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere aus Metall. Der Dichtungsbalg 4 besteht bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Elastomer.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des Kugelgelenks 1 beschrieben, welches ferner eine aus den 2 bis 6 ersichtliche Kugelschale 6 und einen aus den 4 bis 6 ersichtlichen Verschlussring 7 aufweist, der im montierten Zustand insbesondere dem Gehäuse 2 zugerechnet wird. Gemäß 2 wird der eine Gelenkkugel 12 umfassende Kugelzapfen 3 in Richtung des Pfeils 8 mit seiner Gelenkkugel 12 in die Kugelschale 6 eingesetzt, wobei der in die Kugelschale 6 eingesetzte Zustand des Kugelzapfens 3 aus 3 ersichtlich ist. Der in die Kugelschale 6 eingesetzte Kugelzapfen 3 wird zusammen mit der Kugelschale 6 in Richtung des aus 3 ersichtlichen Pfeils 9 in das Gehäuse 2 eingesetzt, wobei der in das Gehäuse 2 eingesetzte Zustand des in die Kugelschale 6 eingesetzten Kugelzapfens 3 aus 4 ersichtlich ist. Gemäß 4 wird der Verschlussring 7 in Richtung des Pfeils 10 über den Kugelzapfen 3 geführt und in das Gehäuse 2 eingesetzt, wobei der Verschlussring 7 mit einer inneren Anlagefläche 11 an einen der Gelenkkugel 12 des Kugelzapfens 3 abgewandten Bereich 13 einer Außenfläche 19 der Kugelschale 6 angelegt wird. Der in das Gehäuse 2 eingesetzte Zustand des Verschlussrings ist aus 5 ersichtlich. Nun wird der Kugelzapfen 3 und/oder der Verschlussring 7 in Richtung des aus 5 ersichtlichen Pfeils 14 gegen das Gehäuse 2 und/oder die Kugelschale 6 gedrückt, sodass die zwischen dem Kugelzapfen 3 und dem Gehäuse 2 angeordnete Kugelschale 6 unter mechanische Druckspannung gesetzt wird. Ferner wird ein Rand 37 des Gehäuses 2 über den Verschlussring 7 gebogen, sodass dieser formschlüssig an dem Gehäuse 2 gesichert ist und die mechanische Druckspannung in der Kugelschale 6 aufrechterhält. Der umgebogene Zustand des Gehäuserands 37 ist dabei aus 6 ersichtlich.
Der Kugelzapfen 3 und das Gehäuse 2 bestehen aus Metall und bilden Elektroden 15 und 16 eines Kondensators 17, der lediglich schematisch in 7 gezeigt ist. Dabei bildet der Kugelzapfen 3 die Elektrode 15 und das Gehäuse 2 bildet die Elektrode 16, wobei die unter mechanischer Druckspannung stehende Kugelschale 6 zwischen den Elektroden 15 und 16 angeordnet ist. An die Elektroden 15 und 16 wird mittels einer elektrischen Spannungsquelle 23 vorübergehend eine elektrische Wechselspannung U angelegt, sodass sich zwischen den Elektroden 15 und 16 ein elektrisches Wechselfeld E ausbildet, welchem die Kugelschale 6 ausgesetzt ist. In 6 ist das elektrische Feld E dabei durch einen Pfeil übertrieben angedeutet.
Zwar ist gemäß 6 das Gehäuse 2 direkt mit der elektrischen Spannungsquelle 23 verbunden, da der Verschlussring 7 aber insbesondere aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, vorzugsweise aus Metall, besteht, kann das Gehäuse 2 auch über den Verschlussring 7 mit der elektrischen Spannungsquelle 23 verbunden werden.
Die Kugelschale 6 besteht aus einem dielektrischen Werkstoff 36, der hier ein polarer Kunststoff ist und Bestandteile 18 mit einem elektrischen Dipolmoment p umfasst (siehe 7), die sich nach dem elektrischen Feld E auszurichten suchen und sich auch zumindest teilweise in Richtung des elektrischen Felds E ausrichten, was als Orientierungspolarisation bezeichnet wird. 7 zeigt dabei nur eine Momentaufnahme, in der das elektrische Feld E von der Elektrode 15 zu der Elektrode 16 weist. Da das elektrische Feld E ein Wechselfeld ist und seine Richtung periodisch ändert, bewegen sich auch die Bestandteile 18, dem elektrischen Feld E folgend, hin und her, wodurch die Kugelschale 6 erwärmt wird, bis sie einen plastisch verformbaren Zustand annimmt. In diesem plastisch verformbaren Zustand werden mechanische Spannungsspitzen in der Kugelschale 6 abgebaut, die sich während des Einbringens der mechanischen Druckspannung in der Kugelschale 6 aufgebaut haben. Ferner passt sich die Kugelschale 6 an die Form einer Außenfläche 20 der Gelenkkugel 12 an. Diese Außenfläche 20 bildet eine Lagerfläche des Kugelzapfens 3, mit welcher der Kugelzapfen 3 gleitfähig in der Kugelschale 6 gelagert ist. Die Kugelschale 6 bildet somit ein Lagerelement für den Kugelzapfen 3.
Anschließend werden die Elektroden 15 und 16 von der Wechselspannung U getrennt, wonach der Dichtungsbalg 4 montiert wird, sodass sich das Kugelgelenk 1 gemäß 1 ergibt.
Die Schnittdarstellungen in den 2 bis 6 beziehen sich insbesondere auf eine Schnittlinie, die mit einer aus 1 ersichtlichen Mitten-Längsachse 21 des Kugelgelenks 1 zusammenfällt. Ferner ist in 2 eine Mitten-Längsachse 22 des Kugelzapfens 3 dargestellt, die im nicht ausgelenkten Zustand des Kugelzapfens 3 mit der Mitten-Längsachse 21 zusammenfällt. Die Mitten-Längsachsen 21 und 22 verlaufen insbesondere durch den Mittelpunkt M der Gelenkkugel 12.
Aus 8 ist eine Schnittansicht eines Kugelhülsengelenks 24 ersichtlich, welches eine Kugelhülse 25 umfasst, die unter Zwischenschaltung einer aus einem dielektrischen Werkstoff bestehenden Lagerschale 26 bewegbar in einem Gehäuse 27 gelagert ist und sich beidseitig aus diesem heraus erstreckt. Die Kugelhülse 25 umfasst eine Gelenkkugel 28, die gleitfähig mit der Lagerschale 26 und einem Lagerbereich 29 des Gehäuses 27 in Kontakt steht. Ferner sind zwei Dichtungselemente 30 und 31 vorgesehen, mittels welchen die Gehäuseöffnungen, durch welche sich die Kugelhülse 25 aus dem Gehäuse 27 heraus erstreckt, abgedichtet sind. Dabei sind die Kugelhülse 25, die Lagerschale 26 und das Dichtungselement 30 mittels eines Lamellenrings 32 in dem Gehäuse 27 gesichert. Ferner ist das Dichtungselement 31 mittels eines Lamellenrings 33 in dem Gehäuse 27 gesichert. Die Lamellenringe 32 und 33 werden im montierten Zustand insbesondere dem Gehäuse 27 zugerechnet. Das Gehäuse 27, die Kugelhülse 25 und deren Gelenkkugel 28 bestehen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere aus Metall. Die Dichtungselemente 30 und 31 bestehen bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Elastomer.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung des Kugelhülsengelenks 24 beschrieben. Zur Montage des Kugelhülsengelenks 24 wird die Kugelhülse 25 mit ihrer Gelenkkugel 28 in das Gehäuse 27 eingebracht, wonach die Lagerschale 26 in das Gehäuse 27 eingesetzt wird. Anschließend wird das Dichtungselement 30 in das Gehäuse 27 eingebracht, wonach der Lamellenring 32 in dem Gehäuse 27 montiert wird. Dabei wird mittels des Lamellenrings 32 unter Zwischenschaltung des Dichtungselements 30 die Lagerschale 26 gegen die Gelenkkugel 28 gedrückt, sodass die Lagerschale 26 unter mechanische Druckspannung gesetzt wird.
Das Gehäuse 27 und die Kugelhülse 25 bilden Elektroden eines Kondensators, an die nun mittels einer elektrischen Wechselspannungsquelle 34 vorübergehend eine elektrische Wechselspannung U angelegt wird, sodass die unter mechanischer Druckspannung stehende Lagerschale 26 einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt wird. Dadurch wird die Lagerschale 26 erwärmt, sodass sich mechanische Spannungsspitzen abbauen, die sich durch das Drücken des Lamellenrings 32 gegen die Lagerschale 26 aufgebaut haben. Auch passt sich die Lagerschale 26 an die Form der Gelenkkugel 28 der Kugelhülse 25 an. Vor oder nach dem vorübergehenden Anlegen der Wechselspannung U wird ferner das Dichtungselement 31 in das Gehäuse 27 eingesetzt und mit dem Lamellenring 33 an dem Gehäuse 27 gesichert. Das Gehäuse 27 des Kugelhülsengelenks 24 ist hier am Ende eines Fahrwerkbauteils 35 vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Kugelgelenk
2: Gelenkgehäuse
3: Kugelzapfen
4: Dichtungsbalg
5: Gehäuseöffnung
6: Kugelschale
7: Verschlussring
8: Montagerichtung
9: Montagerichtung
10: Montagerichtung
11: innere Anlagefläche des Verschlussrings
12: Gelenkkugel des Kugelzapfens
13: Bereich der Außenfläche der Kugelschale
14: Druckrichtung
15: Elektrode des Kondensators
16: Elektrode des Kondensators
17: Kondensator
18: Bestandteil der Kugelschale
19: Außenfläche der Kugelschale
20: Außenfläche der Gelenkkugel
21: Längsachse des Kugelgelenks
22: Längsachse des Kugelzapfens
23: elektrische Spannungsquelle
24: Kugelhülsengelenk
25: Kugelhülse
26: Lagerschale
27: Gehäuse
28: Gelenkkugel der Kugelhülse
29: Lagerbereich des Gehäuses
30: Dichtungselement
31: Dichtungselement
32: Lamellenring
33: Lamellenring
34: elektrische Spannungsquelle
35: Fahrwerkbauteil
36: dielektrischer Werkstoff
37: Gehäuserand
E: elektrisches Feld
M: Mittelpunkt der Gelenkkugel
p: elektrisches Dipolmoment
U: elektrische Spannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 112012001492 T5 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Gelenks (1), welches ein Gelenkgehäuse (2) und ein in diesem unter Zwischenschaltung eines Lagerelements (6) bewegbar gelagertes und sich aus dem Gelenkgehäuse (2) heraus erstreckendes Gelenkinnenteil (3) umfasst, mit den Verfahrensschritten: Einbringen des Gelenkinnenteils (3) und des Lagerelements (6) in das Gelenkgehäuse (2), wobei das Lagerelement (6) zwischen dem Gelenkgehäuse (2) und dem Gelenkinnenteil (3) angeordnet wird, und vorübergehendes Erwärmen des zwischen dem Gelenkinnenteil (3) und dem Gelenkgehäuse (2) angeordneten Lagerelements (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (6) aus einem dielektrischen Werkstoff (36) besteht und zum vorübergehenden Erwärmen einem elektrischen Wechselfeld (E) ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (6) durch Orientierungspolarisation des dielektrischen Werkstoffs (36) im elektrischen Wechselfeld (E) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Werkstoff (36) Bestandteile (18) mit elektrischem Dipolmoment (p) umfasst, die durch das elektrische Wechselfeld (E) hin und her bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Werkstoff (36) aus polarem Kunststoff besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes (E) im Hochfrequenzbereich liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkgehäuse (2) und das Gelenkinnenteil (3) zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehen und Elektroden (15, 16) eines Kondensators (17) bilden, zwischen denen das elektrische Wechselfeld (E) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektrischen Wechselfeldes (E) an die Elektroden (15, 16) eine elektrische Wechselspannung (U) angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkinnenteil (3) und das Gelenkgehäuse (2) unter Zwischenschaltung des Lagerelements (6) gegeneinander drückend miteinander verbunden werden, sodass das zwischen dem Gelenkinnenteil (3) und dem Gelenkgehäuse (2) angeordnete Lagerelement (6) unter mechanische Druckspannung gesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (6) während des Erwärmens unter mechanischer Druckspannung steht und plastisch verformt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (6) eine Lager- oder Kugelschale bildet und das Gelenkinnenteil (3) einen kugelförmigen Lagerbereich (12) umfasst, der in die Lager- oder Kugelschale eingebracht wird.