DE19921107C2 - Verfahren zur Herstellung einer Kugelverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelver­ bindung.

Kugelverbindungen sehen eine Gelenkverbindung zwischen zwei relativ be­ weglichen Teilen vor. Kugelverbindungen haben viele Verwendungszwecke und werden im Allgemeinen bei Motorfahrzeuglenksystemen und bei Motor­ fahrzeugaufhängungssystemen verwendet.

Eine typische Kugelverbindung weist ein Metallkugelstummel mit einem sphä­ rischen Kugelende und einem Metallsockelglied auf. Ein Lagerglied im Sockel nimmt das Kugelende auf und trägt das Kugelende für eine Dreh- und Schwenkbewegung. Die Kugelverbindung wird normalerweise mit Fett ge­ schmiert, um eine Bewegung mit geringer Reibung des Kugelendes relativ zum Sockelglied vorzusehen. Eine oder mehrere Dichtungen sind außen an der Kugelverbindung befestigt, um das Fett innerhalb der Verbindung zu hal­ ten, und um den Eintritt von Verunreinigungen in die Kugelverbindung zu ver­ hindern.

Speziell sei noch auf die DE 32 22 308 A1 hingewiesen, die eine Kugelgelenkver­ bindung zeigt und beschreibt, wobei ein Kugelabschnitt um einen mit einer Rände­ lung versehenen Abschnitt eines Schaftes eines Stiftes durch Einspritzen eines Acetal-Copolymer-Kunstharzes gebildet wird.

Durch das im folgenden noch näher erläuterte erfindungsgemäße Verfahren wird die Notwendigkeit der Herstellung individueller Lager und der darauf folgende Zu­ sammenbau der individuellen Lager mit dem Kugelstummel und Sockel vermieden. Auch ist die Herstellungstoleranz zwischen dem Kugelstummel und den Lagern von keiner Bedeutung mehr.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelver­ bindung. Das Verfahren weist Folgendes auf: Vorsehen eines Stummels mit einem Kopfteil und einem langgestreckten Schaftteil. Ein erstes Polymerma­ terial wird auf den Kopfteil des Stummels geformt, um einen Kugelteil zu bil­ den, der aus dem ersten Polymermaterial an dem Stummel hergestellt ist. Der Kugelteil hat eine sphärische Außenoberfläche. Ein zweites Polymermaterial wird auf der sphärischen Außenoberfläche des Kugelteils geformt, um ein Lager zu bilden und zwar hergestellt aus dem zweiten Polymermaterial. Das La­ ger umgibt den Kugelteil des Stummels. Das zweite Polymermaterial ist mit dem ersten Polymermaterial nicht kompatibel, sodass das zweite Polymerma­ terial sich nicht mit dem ersten Polymermaterial verbindet und zwar weder während noch nach dem Schritt des Formens des zweiten Polymermaterials. Der Kugelteil und das Lager werden sodann in einem Sockel positioniert, wo­ bei der Stummel aus dem Sockel herausragt, um die Kugelverbindung zu bil­ den.

Die vorstehenden sowie weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der Betrachtung der folgenden Beschreibung der Erfindung so­ wie der zugehörigen Zeichnungen; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht, die eine Kugelverbindung darstellt, welche gemäß dem Verfahren der Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 2a eine Ansicht eines Teils der Kugelverbindung der Fig. 1;

Fig. 2b eine Schnittansicht des Teils der Kugelverbindung der Fig. 2a längs Linie 2b-2b der Fig. 2a;

Fig. 3a eine Ansicht von Teilen der Kugelverbindung der Fig. 1, geformt während des Herstellens der Kugelverbindung;

Fig. 3b einen Schnitt von Teilen der Kugelverbindung der Fig. 3a und zwar längs Linie 3b-3b der Fig. 3a;

Fig. 4a eine Ansicht von Teilen der Kugelverbindung der Fig. 1, geformt während der Herstellung der Kugelverbindung; und

Fig. 4b eine Schnittansicht von Teilen der Kugelverbindung der Fig. 4a längs Linie 4b-4b der Fig. 4a.

In Fig. 1 ist eine gemäß der Erfindung konstruierte Kugelverbindung 10 darge­ stellt. Die Kugelverbindung 10 verbindet relativ bewegliche Teile wie beispiels­ weise ein (nicht gezeigtes) Aufhängungsgelenk und einen (nicht gezeigten) Fahrzeugrahmen. Die Kugelverbindung 10 weist einen Metallstummel 20 auf, der auf einer Achse 22 zentriert ist.

Der Stummel 20 weist einen Kopfendteil 24 und einen Schaftteil 26 auf. Der Kopfendteil 24 (Fig. 2a) weist eine im Allgemeinen kreisförmige erste Haupt­ seitenoberfläche 30 auf und eine im Allgemeinen ringförmige zweite Haupt­ seitenoberfläche 32, parallel zu und beabstandet gegenüber der ersten Hauptseitenoberfläche. Ein Paar von parallelen flachen Oberflächen 36 und 38 (Fig. 2b) erstreckt sich axial zwischen den ersten und zweiten Hauptseiten­ oberflächen 30 und 32. Die flachen Oberflächen 36 und 38 sind mit gleichem Abstand von der Mittelachse 22 angeordnet. Ein Paar von bogenförmigen Oberflächen 40 und 42 erstreckt sich zwischen den Endteilen der flachen Oberflächen 36 und 38 und axial zwischen den ersten und zweiten Haupt­ seitenoberflächen 30 und 32. Die bogenförmigen Oberflächen 40 und 42 be­ sitzen gleiche Radien und sind somit gleichmäßig von der Achse 22 beabstan­ det.

Der Schaftteil 26 (Fig. 2a) erstreckt sich axial weg vom Kopfteil 24 des Stum­ mels 20. Eine zylindrische Oberfläche 48 des Schaftteils 26, die auf der Achse 22 zentriert ist, erstreckt sich axial von der zweiten Hauptseitenoberfläche 32 des Kopfteils 24 des Stummels 20 weg. Eine erste sich verjüngende Ober­ fläche 50 des Schaftteils 26 erstreckt sich axial weg und radial nach innen und zwar von der zylindrischen Oberfläche 48 des Schaftteils des Stummels 20. Eine zweite sich verjüngende Oberfläche 52 des Schaftteils 26 erstreckt sich axial weg und radial nach innen von der ersten verjüngten Oberfläche 50 zu einer planaren oder ebenen Endoberfläche 54 des Schaftteils des Stum­ mels 20.

Ein Kunststoffkugelteil 60 (Fig. 3a) ist auf den Kopfteil 24 und ein Teil des Schaftteils 26 des Stummels 20 geformt. Der Kugelteil 60 ist einteilig oder ein­ stückig und besitzt eine glatte sphärische Außenoberfläche 62 und eine ring­ förmige planare Außenoberfläche 64 zentriert auf der Achse 22. Der Kugelteil 60 weist ferner eine zylindrische Innenoberfläche 66 auf, die in Eingriff mit der zylindrischen Oberfläche 48 des Schaftteils 26 steht. Die zylindrische Innen­ oberfläche 66 des Kugelteils 60 erstreckt sich axial von der planaren Ober­ fläche 64 des Kugelteils weg.

Der Kugelteil 60 weist ferner eine im Allgemeinen ringförmige planare Ober­ fläche 68 auf, die mit der zweiten Hauptseitenoberfläche 32 des Stummels 20 in Eingriff steht. Die im Allgemeinen ringförmige Oberfläche 68 erstreckt sich radial von der zylindrischen Innenoberfläche 66 des Kugelteils 60 weg. Der Kugelteil 60 weist ferner eine im Allgemeinen kreisförmige planare Oberfläche 72 (vergl. Fig. 3a) auf, und zwar parallel zu und beabstandet von der allge­ meinen ringförmigen Oberfläche 68 des Kugelteils. Die im Allgemeinen kreis­ förmige Oberfläche 72 des Kugelteils 60 steht in Eingriff mit der ersten Haupt­ seitenoberfläche 30 des Stummels 20.

Der Kugelteil 60 weist ferner ein Paar von parallelen flachen Oberflächen 76 und 78 (Fig. 3b) auf, die sich axial zwischen der allgemeinen ringförmigen Oberfläche 68 und der ganzen kreisförmigen Oberfläche 72 erstrecken. Die flachen Oberflächen 76 und 78 des Kugelteils 60 stehen in Eingriff mit den flachen Oberflächen 36 und 38 des Stummels 20. Der Kugelteil 60 weist auch ein Paar von bogenförmigen Oberflächen 80 und 82 auf, die sich zwischen Endteilen der flachen Oberflächen 76 und 78 des Kugelteils erstrecken. Die bogenförmigen Oberflächen 80 und 82 des Kugelteils 60 erstrecken sich auch axial zwischen der im Allgemeinen ringförmigen Oberfläche 68 und der im Allgemeinen kreisförmigen Oberfläche 72 des Kugelteils. Die bogenförmigen Oberflächen 80 und 82 des Kugelteils 60 stehen in Eingriff mit den bogenför­ migen Oberflächen 40 und 42 des Stummels 20.

Die Kugelverbindung 10 weist ein starres Metallsockelglied 90 (Fig. 1) auf, zentriert auf der Achse 22. Das Sockelglied 90 besitzt parallele innere und äußere Seitenoberflächen 92 und 94. Die inneren und äußeren Seitenoberflä­ chen 92 und 94 des Sockelglieds 90 sind im Allgemeinen zylindrisch. Die Innenoberfläche 92 des Sockelglieds 90 definiert einen Sockelhohlraum 96 im Sockelglied. Das Sockelglied 90 weist einen gecrimpten Flanschteil 98 auf.

Der gecrimpte Flanschteil 98 erstreckt sich axial, wenn er sich in seiner nicht gecrimpten (nicht gezeigten) Bezugposition befindet und radial nach innen, wenn er sich in seiner gecrimpten Position gemäß Fig. 1 befindet. Der Flanschteil 98 definiert in seiner gecrimpten Position mit einer Innenendober­ fläche 97 eine erste Öffnung 99, zentriert auf der Achse 22, durch die der Schaftteil 26 des Stummels 20 sich erstreckt.

Die Kugelverbindung 10 weist ein Kunststofflagerglied 100 (Fig. 4a), auf wel­ ches den Kugelteil 60 umgibt und den Kugelteil des Stummels 20 in dem Sockelglied 90 für eine Dreh- und Schwenkbewegung relativ zum Sockelglied trägt. Das Lagerglied 100 ist innerhalb des Sockelhohlraums 96 (Fig. 1) des Sockelglieds 90 angeordnet. Das Lagerglied 100 ist einteilig oder einstückig und besitzt eine zylindrische Außenoberfläche 102, wie man dies am besten in Fig. 4b sieht. Die zylindrische Außenoberfläche 102 steht mit der Innen­ oberfläche 92 (Fig. 1) des Sockelglieds 90 in Eingriff. Das Lagerglied 100 be­ sitzt ferner eine glatte bogenförmige Innenoberfläche 104, die eine Teilkugel bildet und zwar mit den Polarenden entfernt. Die Innenoberfläche 104 des Lagerglieds 100 steht in Gleiteingriff mit der Außenoberfläche 62 des Kugel­ teils 60. Das Lagerglied 100 besitzt eine verjüngte Innenendoberfläche 106, die eine zweite Öffnung 108 definiert und zwar zentriert auf der Achse 22, wo­ bei durch diese zweite Öffnung 108 der Schaftteil 26 des Stummels 20 sich erstreckt.

Ein Metallring 110 (Fig. 1) ist dann, wenn der Flansch 98 sich in seiner gecrimpten Position befindet, zwischen dem Flansch 98 des Sockelglieds 90 und dem Lagerglied 100 angeordnet. Der Ring 110 besitzt eine Innenendober­ fläche 112, die eine dritte Öffnung 114 definiert, und zwar zentriert auf der Achse 22, wobei sich durch die Öffnung 114 der Schaftteil 26 des Stummels 20 erstreckt.

Die Kugelverbindung 10 wird in der unten beschriebenen Art und Weise her­ gestellt. Der Stummel 20 wird in einer ersten (nicht gezeigten) Form plaziert, die eine Innenoberfläche entsprechend dem Umfang des Kugelteils 60 besitzt.

Sodann wird ein erstes Kunststoffmaterial in die erste Form und gegen den Stummel 20 eingespritzt. Das erste Kunststoffmaterial wird sodann gekühlt, um den Kugelteil 60 verbunden mit dem Stummel 20, wie in Fig. 3a und 3b gezeigt, zu formen. Die flachen Oberflächen 36, 38 am Stummel 20 und die flachen Oberflächen 76, 78 am Kugelteil 60 blockieren die relative Drehbe­ wegung zwischen dem Kugelteil und dem Stummel.

Der Stummel 20 und der Kugelteil 60 werden aus der ersten Form entfernt und in einer zweiten (nicht gezeigten) Form angeordnet und zwar mit einer Innenoberfläche entsprechend dem Umfang des Lagerglieds 100. Ein zweites Kunststoffmaterial, welches sich von dem ersten Kunststoffmaterial unter­ scheidet, wird sodann in die zweite Form gegen das erste Kunststoffmaterial des Kugelteils 60 eingespritzt. Das zweite Kunststoffmaterial wird sodann ge­ kühlt, um das Lagerglied 100 wie in Fig. 4a und 4b gezeigt, zu bilden.

Der Stummel 20, der Kugelteil 60 und das Lagerglied 100 werden sodann aus der zweiten Form entfernt und in den Sockelhohlraum 96 des Sockelglieds 90 eingesetzt. Sodann wird der Ring 110 innerhalb des Sockelhohlraums 96 am Lagerglied 100 angeordnet. Der Flanschteil 98 wird sodann gebogen oder gecrimpt und zwar radial nach innen gegen den Ring 110, um die Kugelver­ bindung 10 wie in Fig. 1 gezeigt zu bilden.

Es ist ein kritischer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass die ersten und die zweiten Kunststoffmaterialien derart ausgewählt sind, dass sie miteinan­ der nicht kompatibel sind. Dadurch dass die Materialien nicht miteinander kompatibel sind, wird erreicht, dass der Reibungskoeffizient zwischen dem Kugelteil 60 und dem Lagerglied 100 derart ist, dass das zweite Kunststoffma­ terial keine chemische oder mechanische Verbindung mit dem ersten Kunst­ stoffmaterial bildet (d. h. nicht damit verklebt) und zwar weder während noch nach dem zweiten Einspritzformschritt. Auf diese Weise ist die Außenober­ fläche 62 des Kugelteils 60 in der Lage, sich frei in Gleiteingriff mit der Innen­ oberfläche 104 des Lagerglieds 100 zu bewegen.

Das erste Kunststoffmaterial ist vorzugsweise ein thermoplastisches Material, könnte aber auch ein durch Wärme aushärtbares Material sein. Am bevor­ zugtesten ist das erste Kunststoffmaterial ein flüssiges Kristallpolymer wie beispielsweise Vectra® Kunststoff, wobei es sich hier um einen aromatischen Flüssigkristallpolyester handelt. Das andere bevorzugte erste Kunststoff­ material kann ein Xenoy® Kunststoff sein, der eine Mischung aus Polykarbo­ nat und Polyester ist.

Das zweite Kunststoffmaterial ist vorzugsweise ein thermoplastisches Ma­ terial, könnte aber auch ein durch Wärmeeinwirkung aushärtendes Material sein. Das bevorzugteste zweite Kunststoffmaterial ist ein Delrin® Kunststoff, wobei es sich hier um ein Polyacetal handelt oder ein Nylon® Kunststoff, wo­ bei es sich dabei um ein Polyamid handelt.

Sobald festgestellt ist, dass die zwei Kunststoffmaterialien nicht miteinander kompatibel sind, spielt es im Allgemeinen keine Rolle, welche der zwei Kunst­ stoffmaterialien gewählt wird, um den Kugelteil 60 zu bilden und welcher ge­ wählt wird um das Lager 100 zu bilden, solange nur der Schmelzpunkt des gewählten Materials zur Bildung des Lagers nicht signifikant größer ist als der Schmelzpunkt des Materials, gewählt zur Bildung des Kugelteils 60. Dies ist deshalb erforderlich, sodass der Kugelteil 60 sich nicht infolge von Wärme de­ formiert, die durch das Einspritzformen des das Lager 100 bildenden Ma­ terials verursacht wird. Von einem Herstellungsstandpunkt aus wird jedoch bevorzugt, dass der Schmelzpunkt des das Lager bildenden Materials ge­ ringer ist als der Schmelzpunkt des den Kugelteil 60 bildenden Materials.

Die untenstehende Tabelle 1 ist eine Matrix, welche die Inkompatibilität eini­ ger üblicher Kunststoffmaterialien darstellt. Es sei bemerkt, dass die Tabelle 1 keine erschöpfende Liste sämtlicher inkompatibler Kombinationen von Kunst­ stoffmaterialien ist, sondern lediglich ein Beispiel von einigen inkompatiblen Plastikmaterialkombinationen darstellt, die bei der Durchführung der Erfindung zweckmäßig sein können. Eine Raute (⬩) in einem Kasten zeigt an, dass das Kunststoffmaterial in der Vertikalspalte, welches den Kasten enthält, inkompatibel ist mit dem Kunststoffmaterial in der horizontalen Zeile, die den Kasten enthält. Beispielsweise sind Polyacrylobutadienstyrol (ABS) und Polypropylen (PP) nicht kompatibel.

Tabelle 1

ABS - Polyacrylobutadienstyrol
ASA - Acrylnitril-Styrol-Acrylat
CA - Zelluloseacetat
EVA - Ethylenvinylacetat
PA 6 - Polyamid 6 (Nylon 6)
PA 66 - Polyamid 66 (Nylon 66)
PC - Polykarbonat
PE - HD Polyethylen (hoch dicht)
PE - HD Polyethylen (niedrige Dichte)
PMMA - Poly(methylmethacrylat)
POM - Polyoxymethylen
PP - Polypropylen
PPO mod. - Poly(phenylenoxid) - abgewandelt
PS-GP - Polystyrol (für allgemeine Anwendung)
PS - HI Polystyrol (hoch schlagfest)
PBTP Polybutylenteraphthalat
TPU - thermoplastisches Polyurethan
PVC - Polyvinylchlorid
SAN - Polyacrylostyrol

Aus der obigen Beschreibung der Erfindung ergeben sich für den Fachmann Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen. Beispielsweise könnten die ersten und/oder zweiten Kunststoffmaterialien reibungsreduzierende Zu­ sätze enthalten, wie beispielsweise Teflonpulver, Molybdändisulfid (MoS₂), Wachse oder andere dem Fachmann bekannte Additive. Solche Verbesserun­ gen, Änderungen und Modifikationen fallen in den Rahmen des fachmänni­ schen Handelns und werden durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen einer Kugelverbindung (10), wobei das Verfahren Folgendes aufweist:
Vorsehen eines Stummels (20) mit einem Kopfteil (24) und einem lang­ gestreckten Schaftteil (26);
Formen eines ersten Polymermaterials auf den Kopfteil (24) des Stum­ mels (20) zur Bildung eines Kugelteils (60) hergestellt aus dem ersten Poly­ mermaterial auf dem Stummel (20), wobei der Kugelteil (60) eine sphärische Außen­ oberfläche besitzt;
Formen eines zweiten Polymermaterials auf die sphärische Außenober­ fläche des Kugelteils (60) zur Bildung eines Lagers (100), hergestellt aus dem zweiten Polymermaterial, wobei das Lager (100) den Kugelteil (60) umgibt und das zweite Polymermaterial mit dem ersten Polymermaterial inkompatibel ist, sodass das zweite Polymermaterial sich nicht mit dem ersten Polymer­ material verbindet, weder während noch nach dem Schritt des Formens des zweiten Polymermaterials;
Positionieren des Kugelteils (60) und des Lagers (100) in einem Sockel (90), wobei der Stummel (20) aus dem Sockel zur Bildung der Kugelverbindung herausragt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Stummel (20) und der Sockel (90) aus Metall hergestellt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Kopfteil des Stummels (20) eine erste Hauptseitenoberfläche aufweist, ferner eine zweite Hauptseitenoberfläche und mindestens eine fläche Oberfläche, die sich axial zwischen den ersten und zweiten Hauptseitenoberflächen erstreckt, wobei die flache Oberfläche mithilft, die relative Bewegung zwischen dem Stummel (20) und dem Kugelteil (60) zu verhindern.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Formens des ersten Polymermaterials auf den Kopfteil des Stummels (20) zur Bildung des Kugelteils (60) durch Spritzformen geschieht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind:
Vorsehen einer ersten Form mit einer gekrümmten Innenoberfläche und Anordnung eines Teils des Stummels (20) innerhalb der ersten Form und zwar beabstandet gegenüber der gekrümmten Innenoberfläche bevor der Einspritzformschritt des ersten Polymermaterials vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Formens des zweiten Polymermaterials gegen den Kugelteil (60) zur Bildung des Lagers ein Spritz­ formschritt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ferner der folgende Schritt vorgesehen ist:
Nachdem das erste Polymermaterial auf den Stummel (20) durch Spritz­ formen aufgebracht ist, Anordnen eines Teils des Stummels (20) und des ge­ samten Kugelteils (60) in einer zweiten Form vor dem Spritzformen des zwei­ ten Polymermaterials.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schmelzpunkt des zweiten Polymer­ materials kleiner ist als der Schmelzpunkt des ersten Polymermaterials.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei mindestens eines der ersten oder zweiten Polymermaterialien ein thermoplastisches Material ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das erste Polymermaterial ein flüssiger Kristallpolyester ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das zweite Polymermaterial ein Polyacetal ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das zweite Polymermaterial ein Polyamid ist.

13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das erste Polymermaterial ein Mischung aus Polykarbonat und Polyester ist.