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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konditionierung eines Kugelgelenks, wobei das Kugelgelenk ein Gehäuse, eine Lagerschale, die in dem Gehäuse angeordnet ist, und einen Kugelzapfen mit einer Gelenkkugel aufweist, die in der Lagerschale gelagert ist, insbesondere gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aufgrund von hohen Toleranzanforderungen an das Gelenkreibmoment der Kugelgelenke, kommt es im Montageprozess häufig zu Ausschuss. Über eine thermische Nachbehandlung können Kugelgelenke, die ein zu hohes Reibmoment aufweisen, nachgebessert werden, sodass das Gelenkmoment in dem gewünschten Toleranzbereich liegt. Gelenke, die ein zu niedriges Moment haben, können nicht nachbearbeitet werden. Die Nachbearbeitung der Kugelgelenke erfolgt häufig durch thermische Verfahren, wie es beispielsweise aus der
DE 10 2013 221 964 B3 bekannt ist. Diese thermischen Verfahren lassen sich üblicherweise nicht in einen normalen Montageprozess einführen, da die Taktzeiten aufgrund der langen Abkühlzeit nicht eingehalten werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere oder zumindest verbesserte Ausführungsform eines Verfahrens zur Konditionierung eines Kugelgelenks bereit zu stellen, das sich insbesondere durch eine geringe Taktzeit auszeichnet, sodass es in einen normalen Montageprozess in der Großserie verwendet werden kann.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, durch Reibung zwischen der Gelenkkugel und der Lagerschale lokal Wärme zu erzeugen, durch welche die Lagerschale angepasst werden kann, um das Reibmoment des Kugelgelenks anzupassen. Dadurch, dass durch Reibung die Wärme erzielt wird, ist diese zum einen sehr schnell verfügbar und zum anderen sehr lokal an der gewünschten Stelle verfügbar. Dadurch reduziert sich die benötigte Abkühlzeit, sodass dieses Verfahren in übliche Montageprozesse integriert werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Reibmoment des Kugelgelenks bestimmt wird und dass der Kugelzapfen um eine Zapfenachse gegenüber der Lagerschale gedreht wird, um die Lagerschale zu erwärmen. Durch die Reibung wird zum einen die Temperatur der Lagerschale erhöht, sodass sich die vorzugsweise aus Kunststoff hergestellte Lagerschale setzen kann, wodurch sich insgesamt die Druckkräfte auf die Gelenkkugel reduzieren und somit die Reibung kleiner wird. Darüber hinaus laufen auch die Reibungspartner, also die Lagerschale und die Gelenkkugel ein, wodurch ebenfalls die Reibung reduziert wird. Somit kann zum einen Energie gespart werden, da nicht das gesamte Kugelgelenk aufgewärmt werden muss, zum anderen kann dadurch die Zeit, die zum Erwärmen und Abkühlen benötigt wird, erheblich reduziert werden. Es versteht sich, dass ein Konditionieren des Kugelgelenks, das heißt das Drehen des Kugelzapfens um die Zapfenachse gegenüber der Lagerschale, nur notwendig ist, wenn das Reibmoment des Kugelgelenks größer ist als der zulässige Toleranzbereich. Falls das Reibmoment in dem Toleranzbereich liegt, ist keine Maßnahme notwendig. Falls das Reibmoment unterhalb des Toleranzbereiches liegt, muss das entsprechende Kugelgelenk aussortiert werden.
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Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass während der Drehung des Kugelzapfens relativ zu der Lagerschale eine zusätzliche Kraft auf den Kugelzapfen und/oder die Lagerschale ausgeübt wird. Dadurch erhöht sich die Reibungskraft, sodass in kürzerer Zeit noch mehr Wärme produziert werden kann. Die zusätzliche Kraft kann beispielsweise eine axiale und/oder radiale Kraft sein.
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In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen beziehen sich die Begriffe ”axial” und ”radial” auf den Kugelzapfen und dessen Zapfenachse.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass anhand des bestimmten Reibmoments ermittelt wird, wie lange und wie schnell der Kugelzapfen gegenüber der Lagerschale gedreht werden muss, um ein gewünschtes Zielreibmoment zu erreichen. Je nachdem wie weit das ermittelte Reibmoment des Kugelgelenks von dem zulässigen Toleranzbereich für das Reibmoment entfernt ist, kann die Behandlungsdauer, die Rotationsgeschwindigkeit und die zusätzlichen Kräfte angepasst werden, um durch einen einzigen Konditionierungsvorgang das Reibmoment des Kugelmoments in den gewünschten Toleranzbereich zu bringen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass im Vorfeld Vergleichsmessungen durchgeführt werden, aus denen dann ermittelt werden kann, wie stark sich das Reibmoment bei gegebener Behandlungsdauer, Geschwindigkeit der Zapfenachse und zusätzlichen Kräften auf die Zapfenachse, reduziert.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine Teilschnittdarstellung durch ein Kugelgelenk, und
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2 ein Ablaufdiagramm des erfinderischen Verfahrens zur Konditionierung des Kugelgelenks.
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Ein in 1 dargestelltes Kugelgelenk 10 weist einen Kugelzapfen 12 mit einer an einem Ende des Kugelzapfens 12 angeordneten Gelenkkugel 14 und einem sich von der Kugel aus erstreckenden Schaft 16 auf. Vorzugsweise ist der Kugelzapfen 12 symmetrisch zu einer Zapfenachse ausgebildet. Zumindest sollte die Gelenkkugel 14 symmetrisch zu der Zapfenachse 18 ausgebildet sein. Ferner weist das Kugelgelenk ein Gehäuse 20 auf, in welchem eine Lagerschale 22 angeordnet ist. In der Lagerschale 22 ist die Gelenkkugel 14 gelagert und ermöglicht somit eine gelenkige Bewegung in zumindest zwei Achsen. Eine Rotation um die Zapfenachse 18 wird ebenfalls ermöglicht.
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Ferner weißt das Kugelgelenk 10 ein Deckelelement 24 auf, mit welchem die Lagerschale 22 und damit auch die Gelenkkugel 14 in dem Gehäuse 20 gehalten werden können. Darüber hinaus ist noch ein Dichtelement 26 vorgesehen, welches sich von dem Gehäuse 20 bis zu dem Schaft 16 des Kugelzapfens 12 erstreckt, sodass das Dichtelement 26 die Reibflächen zwischen der Lagerschale 22 und der Gelenkkugel 14 gegenüber der Umgebung abdichten kann.
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Aufgrund von Fertigungstoleranzen, insbesondere der Lagerschale 22, und der durch das Deckelelement 24 erzeugten Kraft auf die Lagerschale 22 und damit auf die Gelenkkugel 14, können die Reibmomente zwischen der Gelenkkugel 14 und der Lagerschale 22 variieren. Dies führt in der Produktion häufig zu einer erhöhten Ausschussrate der Kugelgelenke 10. Daher wird ein Verfahren zu Konditionierung des Kugelgelenks 10 vorgeschlagen, insbesondere zur Reduzierung des Reibmoments zwischen der Gelenkkugel 14 und der Lagerschale 22 und somit zur Reduzierung des Reibmoments des Kugelgelenks 10.
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Dazu wird der Kugelzapfen 12 um die Zapfenachse 18 relativ zu der Lagerschale 22 gedreht. An der Reibfläche zwischen der Lagerschale 22 und der Gelenkkugel 14 entsteht somit Reibungswärme. Dadurch wird sowohl die Gelenkkugel 14 als auch die Lagerschale 22 erwärmt. Die vorzugsweise aus Kunststoff hergestellte Lagerschale 22 wird dadurch weich und passt sich somit optimal an die Gelenkkugel 14 an, sodass die Anpresskräfte auf die Gelenkkugel 14 reduziert werden. Dadurch reduzieren sich auch die Reibkräfte zwischen der Gelenkkugel 14 und der Lagerschale 22. Zusätzlich kann dadurch ein Einlaufen zwischen den beiden Reibungspartnern erzielt werden.
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Durch dieses Verfahren kann sehr effektiv und in kurzer Zeit das Kugelgelenk 10 konditioniert werden, das heißt, das Reibmoment des Kugelgelenks 10 reduziert werden.
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In einem Serienmontageprozess würden folgende Schritte durchgeführt: Zunächst würde das Reibmoment des Kugelgelenks 10 gemessen werden. Falls das Reibmoment des Kugelgelenks zu klein ist, also unterhalb eines Toleranzbereiches liegt, muss dieses aus der Montagelinie entfernt werden. Wenn das gemessene Reibmoment innerhalb des Toleranzbereiches liegt, kann dieses ohne eine Konditionierung weiter verwendet werden. Falls das Reibmoment oberhalb des Toleranzbereiches liegt, muss diese konditioniert werden. Dies kann durch einfaches Rotieren des Kugelzapfens 12 relativ zu der Lagerschale 22 erreicht werden. Vorzugsweise wird dieselbe Vorrichtung, die zur Messung des Reibmomentes verwendet wird, auch zu Konditionierung des Kugelgelenks 10 verwendet.
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Beim Verfahren zur Konditionierung des Kugelgelenks 10 werden also folgende Schritte durchgeführt. Zunächst erfolgt eine Bestimmung 28 des Reibmoments. Daraufhin erfolgt eine Prüfung 30 ob das gemessene Reibmoment innerhalb des Toleranzbereiches liegt.
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Wenn ja, kann das Kugelgelenk 10 ohne eine weitere Behandlung verwendet werden. Wenn nicht, erfolgt eine Prüfung 32, ob das Reibmoment des Kugelgelenks 10 oberhalb oder unterhalb des Toleranzbereiches liegt. Falls das Reibmoment kleiner, also unterhalb des Toleranzbereiches liegt, muss dieses aus dem Prozess entfernt werden. Falls das Reibmoment oberhalb des Toleranzbereiches liegt, kann dieses durch Konditionierung 34 eingestellt werden, sodass dieses im Toleranzbereich liegt.
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Bei der Konditionierung 34 wird, wie bereits erwähnt, der Kugelzapfen 12 relativ zu der Lagerschale 22 gedreht, um lokal Wärme einzubringen. Während der Rotation des Kugelzapfens 12 können zusätzlich Kräfte auf den Kugelzapfen und/oder die Lagerschale 22 ausgeübt werden, um die Reibung gezielt zu erhöhen. Dadurch kann sich die Prozessdauer weiter verringern. Diese Kräfte können beispielsweise axial oder radial, bezogen auf die Zapfenachse 18 des Kugelzapfens 12, gerichtet sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn vor der Konditionierung 34 des Kugelgelenks 10 bestimmt wird, wie lange, bei welcher Rotationsgeschwindigkeit und gegebenenfalls welchen zusätzlichen Kräften das Kugelgelenk 10 konditioniert werden muss, um das Reibmoment des Kugelgelenks 10 in den gewünschten Toleranzbereich zu bringen. Dies kann beispielsweise im Vorfeld durch Testversuche ermittelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013221964 B3 [0002]
