DE102020203605A1

DE102020203605A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenks sowie Kugelgelenk gemäß einem solchen Verfahren

Info

Publication number: DE102020203605A1
Application number: DE102020203605.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Nachbar; Volker Gruber; Jan Pabst
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23
Also published as: KR20210118359A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenks (1, 20, 21) mit einem Gelenkgehäuse (2) und mit einem Gelenkinnenteil (3), das eine Gelenkkugel (4) aufweist, bei dem in einem Einsetzschritt die Gelenkkugel (4) des Gelenkinnenteils (3) in einer Kugelaufnahme (6) des Gelenkgehäuses (2) angeordnet wird, wobei nach dem Anordnen der Gelenkkugel (4) in der Kugelaufnahme (6) ein Freiraum (22) zwischen der Gelenkkugel (4) und einer der Gelenkkugel (4) zugewandten Innenseite (11) der Kugelaufnahme (6) verbleibt, und in einem nachfolgenden Verfüllschritt der Freiraum (22) mit einem Kunststoffmaterial ausgefüllt wird, wodurch eine Kunststoffschicht (8) zwischen der Innenseite (11) der Kugelaufnahme (6) und der Gelenkkugel (4) gebildet wird. Um eine Einstellung einer vorgegebenen Gelenkvorspannung bereits bei der Herstellung des Kugelgelenks (1, 20, 21) selbst und insbesondere ohne die Notwendigkeit des Einpressens des Kugelgelenks (1, 20, 21) in eine Gelenkaufnahme eines zusätzlichen Gelenkaufnahmebauteils zu ermöglichen, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass in einem anschließenden Verschlussschritt ein Verschlusselement (15) in einer Gehäuseöffnung (7) des Gelenkgehäuses (2) angeordnet wird, wobei mittels des Verschlusselementes (15) eine Kraft in die Kunststoffschicht (8) eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenks mit einem Gelenkgehäuse und mit einem Gelenkinnenteil, das eine Gelenkkugel aufweist, bei dem in einem Einsetzschritt die Gelenkkugel des Gelenkinnenteils in einer Kugelaufnahme des Gelenkgehäuses angeordnet wird, wobei nach dem Anordnen der Gelenkkugel in der Kugelaufnahme ein Freiraum zwischen der Gelenkkugel und einer der Gelenkkugel zugewandten Innenseite der Kugelaufnahme verbleibt, und in einem nachfolgenden Verfüllschritt der Freiraum mit einem Kunststoffmaterial ausgefüllt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kugelgelenk, das gemäß einem solchen Verfahren hergestellt ist.
Ein solches Verfahren sowie ein solches Kugelgelenk sind aus der DE 10 2017 206 706 A1 bekannt. Hiernach wird ein als Kugelzapfen ausgebildetes Gelenkinnenteil in einem Gelenkgehäuse positioniert, wobei zwischen dem Gelenkgehäuse und dem Gelenkinnenteil ein die Gelenkkugel umringender Freiraum verbleibt. Der Freiraum wird anschließend mit einer Kunststoffmasse gefüllt, so dass die Gelenkkugel mit der Kunststoffmasse umschlossen wird. Hiernach wird die Kunststoffmasse ausgehärtet. Hierbei ergibt sich für die Kunststoffmasse eine Materialschrumpfung. Ein sich somit beim Aushärten der Kunststoffmasse bildender Spalt wird nach dem Aushärten der Kunststoffmasse durch ein Komprimieren des Gelenkgehäuses geschlossen. Das Komprimieren des Gelenkgehäuses erfolgt hierbei durch ein Einpressen des Kugelgelenks in eine Gelenkaufnahme eines Gelenkaufnahmebauteils.
Hierbei ist von Nachteil, dass sich die endgültige Gelenkvorspannung erst nach dem Einpressen des Kugelgelenks in die Gelenkaufnahme ergibt.
Es ist die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, ein Verfahren und/oder ein Kugelgelenk der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine vorgegebene Gelenkvorspannung bereits bei der Herstellung des Kugelgelenks selbst und insbesondere ohne die Notwendigkeit des Einpressens des Kugelgelenks in eine Gelenkaufnahme eines zusätzlichen Gelenkaufnahmebauteils erfolgen kann. Insbesondere soll eine alternative Ausführungsform bereitgestellt werden.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und mittels eines Kugelgelenks nach Anspruch 12 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung.
Das Verfahren ist zum Herstellen eines Kugelgelenks ausgebildet. Vorzugsweise ist oder wird das Kugelgelenk für ein Fahrwerk oder Fahrwerkbauteil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet. Im Fahrzeugbau können Kugelgelenke auf vielfältige Weise zum Einsatz kommen. Insbesondere im Fahrwerk dienen Kugelgelenke dazu, Fahrwerkskomponenten, wie beispielsweise Lenkerbauteile, Lenker, Radträger, Spurstangen oder dergleichen gelenkig miteinander oder mit dem Fahrzeugaufbau bzw. einem daran befestigten Achsträger zu verbinden. Das Kugelgelenk weist ein Gelenkgehäuse und ein Gelenkinnenteil auf. Das Gelenkgehäuse kann wenigstens einseitig offen ausgebildet sein. Das Gelenkinnenteil hat eine Gelenkkugel. Insbesondere ist das Gelenkinnenteil als ein Kugelzapfen oder als eine Kugelhülse ausgebildet.
In einem Einsetzschritt wird die Gelenkkugel des Gelenkinnenteils in einer Kugelaufnahme des Gelenkgehäuses angeordnet. Nach dem Anordnen der Gelenkkugel in der Kugelaufnahme verbleibt ein Freiraum zwischen der Gelenkkugel und einer der Gelenkkugel zugewandten Innenseite der Kugelaufnahme.
In einem nachfolgenden Verfüllschritt wird der Freiraum mit einem Kunststoffmaterial ausgefüllt. Bei dem Kunststoffmaterial kann es sich um einen faserverstärkten Kunststoff handeln. Aufgrund des Einbringens des Kunststoffmaterials in den Freiraum wird eine Kunststoffschicht zwischen der Innenseite der Kugelaufnahme und der Gelenkkugel gebildet. Insbesondere wird das Kunststoffmaterial im Rahmen des Verfüllschrittes oder in einem anschließenden Aushärteschritt ausgehärtet. Hierbei kann es zu einer unerwünschten Materialschwindung des Kunststoffmaterials der Kunststoffschicht kommen. Dadurch kann sich ein Spalt zwischen der Kunststoffschicht und dem Gelenkgehäuse und/oder zwischen der Kunststoffschicht und der Gelenkkugel bilden. Erfindungsgemäß wird in einem sich anschließenden Verschlussschritt ein Verschlusselement in einer Gehäuseöffnung des Gelenkgehäuses angeordnet, wobei mittels des Verschlusselementes eine Kraft in die Kunststoffschicht eingeleitet wird. Insbesondere wird mittels des Verschlusselementes die Kraft in die Kunststoffschicht zum Ausgleich einer Materialschwindung des Kunststoffmaterials nach einem Aushärten des Kunststoffmaterials eingeleitet.
Hierbei ist von Vorteil, dass ein sich ein aufgrund des Aushärtens des Kunststoffmaterials gebildeter Spalt mittels der auf die Kunststoffschicht einwirkenden Kraft mit dem Kunststoffmaterial wieder verschlossen wird.
Insbesondere erstreckt sich das Gelenkinnenteil aus der Gehäuseöffnung des Gelenkgehäuses heraus. Ist das Gelenkinnenteil beispielsweise als ein Kugelzapfen ausgebildet, weist das Gelenkinnenteil einen Gelenkzapfen auf. Dieser Gelenkzapfen ragt aus der Gehäuseöffnung heraus. Insbesondere ist das Gelenkinnenteil mittels der in der Kugelaufnahme angeordneten Gelenkkugel gelenkig in dem Gelenkgehäuse und/oder in der Kugelaufnahme angeordnet.
Vorzugsweise ist unter einer gelenkbeweglichen Lagerung zweier Komponenten, hier beispielsweise des Gelenkinnenteils und die Gelenkgehäuses, eine derartige Verbindung zu verstehen, bei der die beiden Komponenten um mindestens eine Drehachse relativ zueinander verdreht und/oder zueinander verkippt werden können.
Vorzugsweise weist das Kugelgelenk und/oder das Gelenkgehäuse eine Mittellängsachse auf. Um die Mittellängsachse kann das Gelenkinnenteil bewegbar sein. Vorzugsweise ist das Kugelgelenk, das Gelenkgehäuse und/oder das Gelenkinnenteil bezüglich der Mittellängsachse rotationssymmetrisch oder im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Insbesondere ist unter einer bewegbaren und/oder gelenkigen Lagerung des Gelenkinnenteils in dem Gelenkgehäuse und/oder in der Kugelaufnahme eine Schwenkbeweglichkeit, Kippbeweglichkeit und/oder Drehbeweglichkeit zu verstehen.
Unter „Kippen“ des Gelenkinnenteils wird insbesondere eine Bewegung des Gelenkinnenteils relativ zu dem Gelenkgehäuse verstanden, bei welcher eine Veränderung eines zwischen einer Gelenkinnenteillängsachse und der Mittellängsachse eingeschlossenen Winkels eintritt. Bevorzugt erfolgt das Kippen um einen Mittelpunkt der Gelenkkugel. Der oder ein Kippwinkel des Gelenkinnenteils ist insbesondere der oder ein zwischen der Gelenkinnenteillängsachse und der Mittellängsachse eingeschlossener Winkel. In einer nicht gekippten Lage des Gelenkinnenteils ist der Kippwinkel vorzugsweise Null und/oder die Gelenkinnenteillängsachse fällt mit der Mittellängsachse zusammen.
Unter „Drehen“ des Gelenkinnenteils wird insbesondere eine Bewegung des Gelenkinnenteils verstanden, bei welcher das Gelenkinnenteil relativ zu dem Gelenkgehäuse um die Gelenkinnenteillängsachse und/oder um die Mittellängsachse gedreht wird.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann der Ausdruck „radial“ eine oder jedwede Richtung kennzeichnen, die senkrecht zur axialen Richtung des Kugelgelenks und/oder der Mittellängsachse verläuft. Der Ausdruck „axial“ kann eine oder jedwede Richtung kennzeichnen, die parallel zur axialen Richtung des Kugelgelenks und/oder der Mittellängsachse verläuft.
Vorzugsweise wird die Kraft zum Ausgleich einer Materialschwindung des Kunststoffmaterials nach einem Aushärten des Kunststoffmaterials ausgehend vom Verschlusselement und in axialer Richtung zu der Mittellängsachse des Kugelgelenks in die Kunststoffschicht eingeleitet, wobei sich die Kunststoffschicht bzw. das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht aufgrund der einwirkenden Kraft zwischen der Innenseite der Kugelaufnahme und der Gelenkkugel aufweitet und/oder ausdehnt. Mit anderen Worten kann sich aufgrund der mittels des Verschlusselementes auf die Kunststoffschicht einwirkenden Kraft eine Materialverdrängung des Kunststoffmaterials in axialer Richtung zur Mittellängsachse sowie eine Materialausbreitung des Kunststoffmaterials in radialer Richtung zur Mittellängsachse ergeben. Hierdurch kann ein durch das Aushärten des Kunststoffmaterials gegebenenfalls entstehender Spalt verschlossen bzw. ausgefüllt werden.
Insbesondere wird mittels des Verschlussschrittes und der von dem Verschlusselement auf die Kunststoffschicht wirkenden Kraft eine vorgegebene Gelenkvorspannung in dem Kugelgelenk eingestellt. Insbesondere ergibt sich die Gelenkvorspannung aufgrund einer von der Kugelaufnahme des Gelenkgehäuses und/oder der Kunststoffschicht auf die Gelenkkugel wirkenden Kraft. Insbesondere ist die Gelenkvorspannung in Abhängigkeit von der mittels des Verschlusselementes auf die Kunststoffschicht wirkenden Kraft an unterschiedliche Anforderungen einstellbar.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Gelenkkugel eine Lagerschale auf. Insbesondere ist die Lagerschale aus einem weiteren, vorzugsweise reibungsarmen, Kunststoffmaterial gebildet. Insbesondere ist das weitere Kunststoffmaterial der Lagerschale abweichend von dem Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht ausgebildet. Die Lagerschale kann somit die Reibung und/oder den Verschleiß des Kugelgelenks reduzieren. Die Gelenkkugel des Gelenkinnenteils ist gelenkbeweglich in der Lagerschale angeordnet. Die Gelenkkugel wird mit der Lagerschale in dem Einsetzschritt in der Kugelaufnahme angeordnet und/oder eingesetzt. Hierbei verbleibt nach dem Anordnen der Gelenkkugel in der Kugelaufnahme der Freiraum zwischen einer Außenseite der Lagerschale und der Innenseite der Kugelaufnahme. In dem sich hieran anschließenden Verfüllschritt wird der Freiraum mit dem Kunststoffmaterial ausgefüllt, wodurch die Kunststoffschicht zwischen der Innenseite der Kugelaufnahme und der Außenseite der Lagerschale gebildet wird. Insbesondere kontaktiert die Kunststoffschicht die Innenseite der Kugelaufnahme und die Außenseite der Lagerschale. Bei der alternativen Ausführungsform des Kugelgelenks ohne Lagerschale kann die Kunststoffschicht die Innenseite der Kugelaufnahme und die Außenseite der Gelenkkugel kontaktieren.
Gemäß einer Weiterbildung ist in dem Verfüllschritt der Freiraum im Bereich der Gehäuseöffnung zwischen der Innenseite der Kugelaufnahme und der Gelenkkugel mit einem Werkzeugelement verschlossen. Insbesondere wird in dem Verfüllschritt der Freiraum durch eine Verfüllöffnung in dem Gelenkgehäuse mit dem Kunststoffmaterial ausgefüllt. Die Verfüllöffnung kann als eine Durchgangsöffnung in dem Gelenkgehäuse ausgebildet sein. Insbesondere ist die Verfüllöffnung an einer von der Gehäuseöffnung abgewandten Seite des Gelenkgehäuses angeordnet. Die Verfüllöffnung kann in einem Boden des Gelenkgehäuses angeordnet sein, wobei der Boden und/oder die Verfüllöffnung der Gehäuseöffnung gegenüberliegend angeordnet sein kann.
Das Werkzeugelement kann als ein Schieberelement ausgebildet sein. Insbesondere ist das Werkzeugelement ein Bestandteil einer Füllmaschine zum Durchführen des Verfüllschrittes. Insbesondere ist die Füllmaschine als eine Spritzgussmaschine ausgebildet. Vorzugsweise erfolgt der Einsetzschritt in der Füllmaschine bzw. in der Spritzgussmaschine. Somit kann die Füllmaschine weitere Werkzeugelemente aufweisen, mit denen das Gelenkinnenteil und/oder das Gelenkgehäuse gehalten und/oder zueinander positioniert werden können.
Vorzugsweise kontaktiert das Werkzeugelement einerseits die Gelenkkugel oder eine Lagerschale der Gelenkkugel. Andererseits kann das Werkzeugelement zugleich an einer Anlagefläche des Gelenkgehäuses anliegen. Insbesondere ist das Werkzeugelement ringartig oder ringförmig ausgebildet. Mittels des Werkzeugelementes kann eine der Gehäuseöffnung zugewandte und/oder zugeordnete Öffnung des Freiraums verschlossen sein. Die Anlagefläche erstreckt sich radial und/oder rechtwinklig zu der Mittellängsachse des Kugelgelenks. Vorzugsweise ist die Anschlagfläche zum Anlegen bzw. Anschlagen des Werkzeugelements und/oder des Verschlusselements ausgebildet. Vorzugsweise ist die Anlagefläche als eine Stufe in der Innenseite der Kugelaufnahme ausgebildet. Insbesondere ist die Anlagefläche durch die Gehäuseöffnung zum Anlegen des Werkzeugelementes und/oder des Verschlusselementes zugänglich.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Werkzeugelement einen Rücksprung im Bereich des Freiraums und in Bezug zu der Anlagefläche auf. Insbesondere ist der Rücksprung in axialer Richtung der Mittellängsachse und in Richtung der Gehäuseöffnung ausgebildet. In dem Verfüllschritt wird der Rücksprung des Werkzeugelementes mit dem Kunststoffmaterial ausgefüllt. Somit erstreckt sich die Kunststoffschicht nach dem Verfüllschritt bis in den Rücksprung hinein.
Vorzugsweise erstreckt sich das Kunststoffmaterial in der Kunststoffschicht nach dem Verfüllschritt, insbesondere im Bereich der Gehäuseöffnung, in axialer Richtung zu der Mittellängsachse des Kugelgelenks über eine Ebene der Anlagefläche des Gelenkgehäuses hinaus in Richtung der Gehäuseöffnung. Insbesondere steht das Kunststoffmaterial bzw. die Kunststoffschicht nach dem Verfüllschritt in axialer Richtung nach außen über die Anlagefläche hinaus. Vorzugsweise bilden die Anlagefläche und der über die Anlagefläche axial nach außen hinaus stehende Abschnitt der Kunststoffschicht eine stufenartige Kontur.
Bei einer Ausführungsform des Kugelgelenks mit einer Gelenkkugel, die eine Lagerschale aufweist, kann sich die Kunststoffschicht nach dem Verfüllschritt, insbesondere im Bereich der Gehäuseöffnung, in radialer Richtung und/oder rechtwinklig zu der Mittellängsachse des Kugelgelenks über ein der Gehäuseöffnung zugewandtes Ende der Lagerschale erstrecken. Insbesondere wird in dem sich anschließenden Verschlussschritt mittels des Verschlusselementes die Kraft sowohl in die Kunststoffschicht als auch in die Lagerschale eingeleitet. Aufgrund der einwirkenden Kraft kann sich das Material der Lagerschale zwischen der Kunststoffschicht und der Gelenkkugel aufweiten und/oder ausdehnen. Hierdurch kann das Schließen eines Spaltes aufgrund einer Materialschwindung des ausgehärteten Kunststoffmaterials der Kunststoffschicht zusätzlich unterstützt werden. Insbesondere ist hierdurch die Einstellung einer vorgegebenen Gelenkvorspannung verbessert. Das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht kann mindestens im Bereich der Gehäuseöffnung die Außenseite der Gelenkkugel kontaktieren. Bei einer Ausführung des Kugelgelenks mit einem Gelenkinnenteil ohne Lagerschale kann eine der Außenseite der Gelenkkugel zugewandte Seite der Kunststoffschicht vollständig an der Außenseite der Gelenkkugel anliegen.
Gemäß einer Weiterbildung wird im Verschlussschritt mittels des Verschlusselementes über die Ebene der Anschlagfläche in Richtung der Gehäuseöffnung hinaus stehendes Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht in eine von der Gehäuseöffnung abgewandte Richtung verdrängt. Insbesondere wird das Verschlusselement so lange in axialer Richtung der Mittellängsachse in Richtung der Anlagefläche gedrückt oder gepresst, bis das Verschlusselement an der Anlagefläche anliegt. Vorzugsweise wird das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht soweit verdrängt, bis die Ebene der Anschlagfläche in eine an dem Verschlusselement anliegenden Ebene der Kunststoffschicht übergeht. Vorzugsweise hat das Verschlusselement seine Endposition erreicht, wenn dieses an der Anlagefläche anliegt und die Ebene der Anschlagfläche und die an dem Verschlusselement anliegende Ebene der Kunststoffschicht in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird in dem Verschlussschritt das Verschlusselement mittels einer mindestens teilweisen Umformung eines Randes der Gehäuseöffnung und/oder des Gelenkgehäuses festgesetzt. Vorzugsweise erfolgt dieses Festsetzen des Verschlusselementes, nachdem das Verschlusselement auf die Anlagefläche gedrückt oder gepresst wurde. Insbesondere wird ein als Verschlussring oder Verschlussdeckel ausgebildetes Verschlusselement eingesetzt.
Von besonderem Vorteil ist ein Kugelgelenk, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Vorzugsweise ist das Kugelgelenk als ein Kugelzapfengelenk oder Kugelhülsengelenk ausgebildet. Demnach kann das Gelenkinnenteil als ein Kugelzapfen oder als eine Kugelhülse realisiert sein. In Abhängigkeit von einer gewünschten Gelenkvorspannung für das Kugelgelenk wird bei der Herstellung des Kugelgelenks ein Werkzeugelement mit einem geeignet ausgebildeten Rücksprung verwendet. Insbesondere gilt: Je tiefer der Rücksprung ausgebildet ist, desto mehr Kunststoffmaterial kann mittels des Verschlusselementes verdrängt werden und desto größer ist die einstellbare Gelenkvorspannung.
Insbesondere handelt es sich bei dem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kugelgelenk um ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Kugelgelenk. Vorzugsweise ist das Verfahren gemäß den im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Kugelgelenk erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet. Ferner kann das hier beschriebene Kugelgelenk gemäß den im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente. Es zeigen:

1 eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks,
2a - 2b jeweils einen Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht von verschiedenen Ausführungen eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks,
3a - 3b jeweils einen Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht einer Abfolge von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäßen Kugelgelenks gemäß 1,
4 einen Ausschnitt der Darstellung gemäß 3a vor einem Verfüllschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 einen Ausschnitt der Darstellung gemäß 3b nach einem Verfüllschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens,
6 einen Ausschnitt gemäß 5 mit einem Verschlusselement für einen Verschlussschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
7 einen Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kugelgelenks gemäß 1.

1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks 1. Das Kugelgelenk 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Kugelzapfengelenk ausgebildet. Das Kugelgelenk 1 weist ein Gelenkgehäuse 2 und ein Gelenkinnenteil 3 auf. Das Gelenkinnenteil 3 ist hier als ein Kugelzapfen ausgebildet. Entsprechend weist das Gelenkinnenteil eine Gelenkkugel 4 und einen Gelenkzapfen 5 auf. Die Gelenkkugel 4 ist in einer Kugelaufnahme 6 des Gelenkgehäuses 2 angeordnet. Die Gelenkkugel 4 bzw. das Gelenkinnenteil 3 ist gelenkbeweglich in der Kugelaufnahme 6 gelagert. Hierbei erstreckt sich das Gelenkinnenteil 3 bzw. der Gelenkzapfen 5 aus einer Gehäuseöffnung 7 des Gelenkgehäuses 2 nach außen heraus. Zwischen der Kugelaufnahme 6 und der Gelenkkugel 4 ist eine Kunststoffschicht 8 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Gelenkkugel 4 zudem eine Lagerschale 9 auf. Die Lagerschale 9 liegt unmittelbar an einer Außenseite 10 der Gelenkkugel 4 an. Somit kontaktiert bei diesem Ausführungsbeispiel die Kunststoffschicht 8 einerseits eine Innenseite 11 der Kugelaufnahme 6 und andererseits eine Außenseite 12 der Lagerschale 9.
Das Gelenkgehäuse 2 weist eine Verfüllöffnung 13 auf. Durch die Verfüllöffnung 13 ist das Kunststoffmaterial zum Ausbilden der Kunststoffschicht 8 zwischen die Kugelaufnahme 6 und die Gelenkkugel 4 bzw. die Lagerschale 9 eingebracht worden. Hierbei ist die Verfüllöffnung 13 ebenfalls mit dem Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht 8 ausgefüllt. Die Verfüllöffnung 13 befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel an einer zu der Gehäuseöffnung 7 gegenüberliegenden Seite des Gelenkgehäuses 2.
Das Kugelgelenk 1 weist eine Mittellängsachse 14 auf. In der hier dargestellten Position des Gelenkinnenteils 3 fällt die Mittellängsachse 14 mit einer Gelenkinnenteillängsachse des Gelenkinnenteils 3 zusammen. Des Weiteren ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Gelenkgehäuse 2 rotationssymmetrisch zu der Mittellängsachse 14 ausgebildet.
Das Kugelgelenk 1 weist ein Verschlusselement 15 auf. Das Verschlusselement 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Verschlussring ausgebildet. Mittels des Verschlusselementes 15 ist das Kugelgelenk 1 im Bereich der Gehäuseöffnung 7 derart verschlossen, dass das Gelenkinnenteil 3 zuverlässig in der Kugelaufnahme 6 gehalten ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verschlusselement 15 aufgrund einer Umformung eines Randes 16 des Gelenkgehäuses 2 bzw. der Gehäuseöffnung 7 formschlüssig an der Innenseite 11 gehalten. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, wirkt das Verschlusselement 15 mit der Kunststoffschicht 6 zusammen.
2a zeigt einen Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kugelgelenks gemäß 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist ein zum Verschlusselement 15 benachbarter Abschnitt der Innenseite 11 der Kugelaufnahme 6 eine im Querschnitt rampenartige Kontur auf. Ausgehend von dem Verschlusselement 15 weist die Innenseite 11 einen ersten zylinderartigen Abschnitt 17 auf. Hieran schließt sich ein Rampenabschnitt 18 an, der die Innenseite 11 in einen weiteren zylinderartigen Abschnitt 19 überführt. Hierbei ist der Rampenabschnitt 18 ausgehend von dem zylinderartigen Abschnitt 17 radial zur Mittelängsachse 14 nach außen in Richtung des zylinderartigen Abschnitts 19 geneigt. Die Kunststoffschicht 8 ist korrespondierend zu der Kontur der Innenseite 11 ausgebildet.
2b zeigt einen Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Kugelgelenks 20. Das Kugelgelenk 20 entspricht weitgehend dem Kugelgelenk 1. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. Im Unterschied zu 2a und dem Kugelgelenk 1 weist ein zum Verschlusselement 15 benachbarter Abschnitt der Innenseite 11 des Kugelgelenks 20 eine zumindest abschnittsweise hohlkugelförmige Kontur auf. Die Kunststoffschicht 8 ist korrespondierend zu der Kontur der Innenseite 11 ausgebildet.
2c zeigt einen Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht eines erfindungsgemäßen weiteren Kugelgelenks 21. Das Kugelgelenk 21 entspricht weitgehend dem Kugelgelenk 1 gemäß 1. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. Im Unterschied zu den 2a und 2b weist ein benachbart zum Verschlusselement 15 angeordneter Abschnitt der Innenseite 11 eine hohlzylindrische Kontur auf. Die Kunststoffschicht 8 ist korrespondierend zu der Innenseite 11 ausgebildet.
3a bis 3b zeigen jeweils einen Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht einer Abfolge von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäßen Kugelgelenks 1 gemäß 1.
Gemäß 3a ist die Gelenkkugel 4 des Gelenkinnenteils 3 aufgrund eines Einsetzschrittes in der Kugelaufnahme 6 des Gelenkgehäuses 2 angeordnet. Hierbei ist die Gelenkkugel 4 derart in der Gelenkaufnahme 6 angeordnet, dass zwischen der Gelenkkugel 4 bzw. bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen der Lagerschale 9 und der Innenseite 11 der Kugelaufnahme 6 ein Freiraum 22 verbleibt. Der Freiraum 22 ist im Bereich der Gehäuseöffnung 7 und zwischen der Innenseite 11 und der Gelenkkugel 4 mittels eines Werkzeugelementes 23 verschlossen. Hierbei liegt das Werkzeugelement 23 einerseits an der Gelenkkugel 4 und andererseits an einer Anlagefläche 24 des Gelenkgehäuses 2 an.
Die Anlagefläche 24 erstreckt sich radial bzw. rechtwinklig zur Mittellängsachse 14. Das Werkzeugelement 23 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ringartig ausgebildet und umring das Gelenkinnenteil 3. Des Weiteren ist das Werkzeugelement 23 als ein Bestandteil bzw. als ein Schieberelement einer Füllmaschine wie beispielsweise einer Spritzgussmaschine ausgebildet.
In einem anschließenden Verfüllschritt wird der Freiraum 22 mit einem Kunststoffmaterial zum Ausbilden der Kunststoffschicht 8 gemäß 1 ausgefüllt. Hierzu wird das Kunststoffmaterial durch die Verfüllöffnung 13 in den Freiraum 22 eingeführt, eingegossen oder eingespritzt, wobei mittels des Werkzeugelementes 23 ein Austreten des Kunststoffmaterials aus dem Freiraum 22 im Bereich der Gehäuseöffnung 7 verhindert ist.
Gemäß 3b ist der Zustand unmittelbar nach dem Verfüllschritt gezeigt. Das Kunststoffmaterial zum Ausbilden der Kunststoffschicht 8 ist ausgehärtet und das Werkzeugelement 23 ist wieder entfernt.
Hieran anschließend wird das Verschlusselement 15 im Bereich der Gehäuseöffnung 7 bzw. durch die Gehäuseöffnung 7 auf die Anlagefläche 24 gepresst, wie dies in 3c zu erkennen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zur endgültigen Fixierung des Verschlusselementes 15 der Rand 16 des Gelenkgehäuses 2 bzw. der Gehäuseöffnung 7 zumindest teilweise derart umgeformt, so dass das Verschlusselement 15 formschlüssig und positionsfest an der Innenseite 11 im Bereich der Gehäuseöffnung 7 gehalten bzw. fixiert ist.
4 zeigt einen Ausschnitt der Darstellung gemäß 3a vor einem Verfüllschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei ist zu erkennen, dass das Werkzeugelement 23 einen Rücksprung 25 aufweist. Bei der hier dargestellten Anlage des Werkzeugelementes 23 an der Anlagefläche 24 ist der Rücksprung 25 im Bereich des Freiraums 22 und in Bezug zur Anlagefläche 24 ausgebildet. Ausgehend von einer Ebene der Anlagefläche 24 erstreckt sich der Rücksprung 25 in Richtung der Gehäuseöffnung 7. Mit anderen Worten wird der Freiraum 22 aufgrund des Rücksprungs 25 in axialer Richtung zur Mittellängsachse 14 gemäß 3a über die Ebene der Anlagefläche 24 hinaus in Richtung der Gehäuseöffnung 7 und/oder nach außen erweitert. In dem sich anschließenden Verfüllschritt wird der Freiraum 22 und damit auch der Rücksprung 25 des Werkzeugelementes 23 mit dem Kunststoffmaterial zum Ausbilden der Kunststoffschicht 8 gemäß 3b ausgefüllt.
5 zeigt einen Ausschnitt der Darstellung gemäß 3b nach dem Verfüllschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Verfüllschritt erstreckt sich das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht 8 im Bereich der Gehäuseöffnung 7 in axialer Richtung zu der Mittellängsachse 14 gemäß 3b über die Ebene der Anlagefläche 24 hinaus in Richtung der Gehäuseöffnung 7 und/oder nach außen. Eine der Gehäuseöffnung 7 zugewandte Stirnfläche 26 der Kunststoffschicht 8 ragt somit gegenüber der Anlagefläche 24 nach außen hinaus.
Des Weiteren erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht 8 nach dem Verfüllschritt im Bereich der Gehäuseöffnung in radialer Richtung bzw. rechtwinklig zur Mittellängsachse 14 gemäß 3b über ein der Gehäuseöffnung 7 zugewandtes Ende der Lagerschale 9. Damit gelangt bei diesem Ausführungsbeispiel das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht 8 zumindest im Bereich der Gehäuseöffnung 7 in unmittelbaren Kontakt mit der Außenseite 10 der Gelenkkugel 4.
6 zeigt einen Ausschnitt gemäß 5 mit dem Verschlusselement 15 für den Verschlussschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Während des Verschlussschrittes wird das Verschlusselement 15 zunächst an die Stirnfläche 26 der Kunststoffschicht 8 angelegt. Sodann wird das Verschlusselement 15 gemäß Pfeil 27 in Richtung der Anlagefläche 24 gedrückt bzw. gepresst, bis das Verschlusselement 15 an der Anlagefläche 24 anliegt. Hierbei wird mittels des Verschlusselementes 15 das über die Ebene der Anlagefläche 24 in Richtung der Gehäuseöffnung 7 hinausstehende Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht 8 in die von der Gehäuseöffnung 7 abgewandte Richtung gemäß Pfeil 27 verdrängt. Hierbei wird das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht 8 soweit verdrängt, bis die Ebene der Anlagefläche 24 in eine an dem Verschlusselement 15 anliegende Ebene der Kunststoffschicht, nämlich der Stirnfläche 26, übergeht.
7 zeigt einen Ausschnitt einer geschnittenen Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kugelgelenks 1 gemäß 1. Aufgrund einer zumindest teilweisen Umformung des Randes 16 ist das Verschlusselement 15 in seiner an der Anlagefläche 24 anliegenden Position fixiert. Hierbei wird aufgrund der Umformung des Randes 16 eine Ringnut 28 gebildet, in der das Verschlusselement 15 formschlüssig gehalten ist. Mittels des Verschlusselementes 15 wird eine Kraft in axialer Richtung zur Mittellängsachse 14 in die Kunststoffschicht 8 eingeleitet. Hierdurch weitet sich bzw. dehnt sich die Kunststoffschicht 8 zwischen der Innenseite 11 und der Außenseite 10 des Kugelgelenks 4, wie dies hier lediglich schematisch mittels der Pfeile 29 angedeutet ist. Für eine bessere Übersichtlichkeit sind nicht sämtliche Pfeile 29 mit einem Bezugszeichen versehen.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel zudem ausgehend von dem Verschlusselement 15 eine Kraft in axialer Richtung zur Mittellängsachse 14 auch auf die Lagerschale 9 wirkt, wird auch das Material der Lagerschale 9 zwischen der Innenseite 11 und der Außenseite 10 der Gelenkkugel 4 aufgeweitet bzw. ausgedehnt.
Mittels der eingeleiteten Kraft kann eine Materialschwindung durch das Aushärten des Kunststoffmaterial zum Ausbilden der Kunststoffschicht 8 ausgeglichen und/oder eine vorgegebene Gelenkvorspannung in dem Kugelgelenk 1 eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kugelgelenk
2: Gelenkgehäuse
3: Gelenkinnenteil
4: Gelenkkugel
5: Gelenkzapfen
6: Kugelaufnahme
7: Gehäuseöffnung
8: Kunststoffschicht
9: Lagerschale
10: Außenseite der Gelenkkugel
11: Innenseite
12: Außenseite der Lagerschale
13: Verfüllöffnung
14: Mittellängsachse
15: Verschlusselement
16: Rand
17: zylinderartiger Abschnitt
18: Rampenabschnitt
19: zylinderartiger Abschnitt
20: Kugelgelenk
21: Kugelgelenk
22: Freiraum
23: Werkzeugelement
24: Anlagefläche
25: Rücksprung
26: Stirnfläche
27: Pfeil
28: Ringnut
29: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017206706 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenks (1, 20, 21) mit einem Gelenkgehäuse (2) und mit einem Gelenkinnenteil (3), das eine Gelenkkugel (4) aufweist, bei dem in einem Einsetzschritt die Gelenkkugel (4) des Gelenkinnenteils (3) in einer Kugelaufnahme (6) des Gelenkgehäuses (2) angeordnet wird, wobei nach dem Anordnen der Gelenkkugel (4) in der Kugelaufnahme (6) ein Freiraum (22) zwischen der Gelenkkugel (4) und einer der Gelenkkugel (4) zugewandten Innenseite (11) der Kugelaufnahme (6) verbleibt, und in einem nachfolgenden Verfüllschritt der Freiraum (22) mit einem Kunststoffmaterial ausgefüllt wird, wodurch eine Kunststoffschicht (8) zwischen der Innenseite (11) der Kugelaufnahme (6) und der Gelenkkugel (4) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem anschließenden Verschlussschritt ein Verschlusselement (15) in einer Gehäuseöffnung (7) des Gelenkgehäuses (2) angeordnet wird, wobei mittels des Verschlusselementes (15) eine Kraft in die Kunststoffschicht (8) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft zum Ausgleich einer Materialschwindung des Kunststoffmaterials nach einem Aushärten des Kunststoffmaterials ausgehend vom Verschlusselement (15) und in axialer Richtung zu einer Mittellängsachse (14) des Kugelgelenks (1, 20, 21) in die Kunststoffschicht (8) eingeleitet wird, wobei sich die Kunststoffschicht (8) aufgrund der einwirkenden Kraft zwischen der Innenseite (11) der Kugelaufnahme (6) und der Gelenkkugel (4) aufweitet und/oder ausdehnt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verschlussschrittes und der von dem Verschlusselement (15) auf die Kunststoffschicht (8) wirkenden Kraft eine vorgegebene Gelenkvorspannung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (4) eine Lagerschale (9) aufweist und die Gelenkkugel (4) mit der Lagerschale (9) in dem Einsetzschritt in der Kugelaufnahme (6) angeordnet wird, wobei nach dem Anordnen der Gelenkkugel (4) in der Kugelaufnahme (6) der Freiraum (22) zwischen einer Außenseite (12) der Lagerschale (9) und der Innenseite (11) der Kugelaufnahme (6) verbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfüllschritt mit einem Werkzeugelement (23) der Freiraum (22) im Bereich der Gehäuseöffnung (7) zwischen der Innenseite (11) der Kugelaufnahme (6) und der Gelenkkugel (4) verschlossen ist, wobei der Freiraum (22) durch eine Verfüllöffnung (13) in dem Gelenkgehäuse (2) mit dem Kunststoffmaterial ausgefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugelement (23) einerseits die Gelenkkugel (4) und/oder eine Lagerschale (9) der Gelenkkugel (4) kontaktiert und andererseits an einer Anlagefläche (24) des Gelenkgehäuses (2) anliegt, wobei sich die Anlagefläche (24) radial und/oder rechtwinklig zu einer Mittellängsachse (14) des Kugelgelenks (1, 20, 21) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugelement (23) einen Rücksprung (25) im Bereich des Freiraums (22) und in Bezug zur Anlagefläche (24) aufweist, wobei in dem Verfüllschritt der Rücksprung (25) mit dem Kunststoffmaterial ausgefüllt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht (8) nach dem Verfüllschritt in axialer Richtung zu einer Mittellängsachse (14) des Kugelgelenks (1, 20, 21) über eine Ebene einer Anlagefläche (24) des Gelenkgehäuses (2) hinaus in Richtung der Gehäuseöffnung (7) erstreckt, insbesondere dient die Anlagefläche (24) zum Anlegen eines Werkzeugelements (23) und/oder des Verschlusselements (15).
Verfahren nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht (8) nach dem Verfüllschritt in radialer Richtung und/oder rechtwinklig zu einer Mittellängsachse (14) des Kugelgelenks (1, 20, 21) über ein der Gehäuseöffnung (7) zugewandtes Ende der Lagerschale (9) erstreckt, insbesondere kontaktiert das Kunststoffmaterial mindestens im Bereich der Gehäuseöffnung (7) eine Außenseite (10) der Gelenkkugel (4).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Verschlussschritt mittels des Verschlusselementes (15) über eine Ebene der Anlagefläche (24) in Richtung der Gehäuseöffnung (7) hinaus stehendes Kunststoffmaterial in eine von der Gehäuseöffnung (7) abgewandte Richtung verdrängt wird, bis das Verschlusselement (15) an der Anlagefläche (24) anliegt, insbesondere wird das Kunststoffmaterial der Kunststoffschicht (8) soweit verdrängt, bis die Ebene der Anlagefläche (24) in eine an dem Verschlusselement (15) anliegenden Ebene der Kunststoffschicht (8) übergeht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verschlussschritt das Verschlusselement (15) mittels einer mindestens teilweisen Umformung eines Randes (16) der Gehäuseöffnung (7) festgesetzt wird, insbesondere wird ein als Verschlussring ausgebildetes Verschlusselement (15) eingesetzt.
Kugelgelenk, insbesondere Kugelzapfengelenk oder Kugelhülsengelenk, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.