DE19958149A1 - Kugelgelenk und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Kugelgelenk und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Abstract
Ein Kugelgelenk umfaßt einen Kugelzapfen (1), eine Lagerschale (5) aus Kunststoff, in der der Kugelzapfen (1) dreh- und schwenkbar gehalten ist, und ein Kugelgelenkgehäuse (8), in dem die Lagerschale (5) eng aufgenommen ist. Zur Vereinfachung der Herstellung eines Kugelgelenks mit Kunststoff-Lagerschale unter Erhaltung der Möglichkeit einer gezielten Einstellung der Flächenpaarung Lagerschale/Kugelzapfen ist die Lagerschale (5) um den Kugelzapfen (1) aus mindestens zwei Teilabschnitten (5a, 5b; 5c) zusammengefügt, die abdichtend aneinander anschließen, und das Kugelgelenkgehäuse (8) außenseitig an die Lagerschale (5) angegossen bzw. angespritzt. Zudem wird ein hierfür geeignetes Herstellungsverfahren angegeben.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk, umfassend einen Kugelzapfen, eine Lagerschale
aus Kunststoff, in der der Kugelzapfen dreh- und schwenkbar gehalten ist, und ein
Kugelgelenkgehäuse, in dem die Lagerschale eng aufgenommen ist. Weiterhin betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kugelgelenkes.
Die Herstellung von Kugelgelenken mit Lagerschalen aus Kunststoff ist durch das
generelle Problem gekennzeichnet, daß die Lagerschale für ein sicheres Halten des
Kugelzapfens diesen mehr als zur Hälfte umgeben muß, um eine unbeabsichtigte
Trennung der Lagerschale von den Kugelzapfen zu verhindern. Aufgrund der mehr als
hälftigen Umschließung des Kugelzapfens durch die Lagerschale ist es nicht möglich,
diese beiden Bauteile ohne weiteres zusammenzustecken. Vielmehr sind hierzu weitere
Maßnahmen erforderlich. Während die Lagerschale im Hinblick auf den Kugelzapfen
vorwiegend unter tribologischen Gesichtspunkten ausgelegt wird, sorgt das die
Lagerschale umgebende Kugelgelenkgehäuse für eine ausreichende strukturelle
Steifigkeit des Kugelgelenks.
Aus dem Stand der Technik sind zur Herstellung solcher Kugelgelenke eine Vielzahl von
Verfahren bekannt. Dabei lassen sich zwei grundsätzliche Vorgehensweisen
unterscheiden. In einer ersten Technik wird zunächst die Lagerschale an dem
Kugelzapfen angeordnet und nachfolgend das Kugelgelenkgehäuse angebracht. Eine
weitere Technik besteht darin, den Kugelzapfen in ein etwas größeres
Kugelgelenkgehäuse mit Spiel einzubetten und den verbleibenden Zwischenraum zur
Formung der Lagerschale mit Kunststoff auszufüllen. Die bisher bekannten Verfahren
vermögen jedoch im Hinblick auf den fertigungstechnischen Aufwand nicht vollständig zu
überzeugen.
Aus der EP 0 778 421 A1 ist ein Kugelgelenk bekannt, bei dem eine Kunststoff-Lagerschale
aus zwei Hälften zusammengesetzt wird, wobei die Hälften an ihrem
Scheitelpunkt über ein Filmscharnier miteinander verbunden sind. Die beiden Hälften
sind an ihren Innenflächen dem Kugelzapfen entsprechend sphärisch ausgebildet. Zur
Montage des Kugelgelenkes werden zunächst die beiden Hälften über dem Kugelzapfen
zusammengeklappt. Anschließend wird auf die solchermaßen gebildete Lagerschale ein
vorgefertigtes Kugelgelenkgehäuse aufgesetzt, das zu diesem Zweck mit einer
Ausnehmung ausgebildet ist, die teils der Außenkontur der Lagerschale nachgebildet ist,
zur Ermöglichung des Aufsetzens jedoch zylindrisch ausläuft. Durch die Ausnehmung
werden die Lagerschalenhälften in ihrer Position fixiert. Weiterhin muß anschließend zur
Axialsicherung des Kugelgelenkgehäuses gegen die Lagerschale bzw. den Kugelzapfen
der zylindrisch auslaufende Teil in Anlage gegen die Außenseite der Lagerschale
gebracht werden, wozu dieser plastisch verformt wird.
Anstelle der plastischen Verformung des zylindrisch auslaufenden Teils des
vorgefertigten Gehäuses ist es auch möglich, das Kugelgelenkgehäuse mittels eines
Sicherungsringes axial festzulegen, wie dies beispielsweise aus der DE 33 06 151 A1
und der US 4,318,627 A bekannt ist. Während die DE 33 06 151 A1 zum Aufsetzen der
Lagerschale auf den Kugelzapfen separate Lagerschalenhälften offenbart, lehrt die
US 4,318,627 A eine mehrfach geschlitzte und damit radialelastische Lagerschale.
Die Vorgehensweise zur Anbringung bzw. Sicherung des Kugelgelenkgehäuses ist
insbesondere im Fall der EP 0 778 421 A1 aufwendig. Bei den Kugelgelenken nach der
DE 33 06 151 A1 und der US 4,318,627 A hingegen liegt die Ausreißkraft für den
Kugelzapfen auf einem relativ niedrigen Niveau.
Zur Vereinfachung der Fertigung wurde in der DE 296 16 350 U1 ein Kugelgelenk
vorgeschlagen, bei dem der Kugelzapfen in einen in etwa sphärischen Hohlraum eines
vorgefertigten Kugelgelenkgehäuses eingebracht wird. Ein zwischen dem Kugelzapfen
und einer Innenwand des sphärischen Hohlraumes gebildeter, schalenartiger Raum wird
anschließend mit Kunststoff ausgefüllt, um die Lagerschale zu bilden. Hierdurch wird
gleichzeitig die Axialsicherung des Kugelgelenkgehäuses gegenüber der Lagerschale
bewirkt. Durch die gießtechnische Erzeugung der Lagerschale unmittelbar gegen den
Kugelzapfen ist es jedoch nicht möglich, die Oberflächengestalt der Lagerschale in
irgend einer Weise zu beeinflussen, so daß die Möglichkeiten einer tribologischen
Optimierung der Paarung Lagerschale/Kugelzapfen allenfalls gering sind.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, unter Erhaltung der
Möglichkeit einer gezielten Einstellung der Flächenpaarung Lagerschale/Kugelzapfen die
Herstellung eines Kugelgelenks mit Kunststoff-Lagerschale zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes der
eingangs genannten Art gelöst, bei dem eine aus mindestens zwei Teilabschnitten
gebildete Lagerschale um den Kugelzapfen fest zusammengefügt wird, unter Abdichtung
der Teilabschnitte untereinander gegen den Kugelzapfen, und bei dem anschließend die
so gebildete Lagerschale mit dem Kugelgelenkgehäuse umgossen bzw. umspritzt wird.
Diese Vorgehensweise unterscheidet sich von den oben genannten dadurch, daß das
Kugelgelenkgehäuse zuletzt hergestellt wird, wobei hierdurch gleichzeitig die
Axialsicherung zu der Lagerschale vorgenommen wird. Weitere Maßnahmen, wie
beispielsweise bei dem Kugelgelenk nach der EP 0 778 421 A1, sind hier nicht mehr
erforderlich. Damit ergibt sich eine erhebliche fertigungstechnische Erleichterung. Im
Unterschied zu der DE 296 16 350 U1 bleiben jedoch für eine tribologische Optimierung
der Reib- bzw. Gleitpaarung Lagerschale/Kugelzapfen alle Möglichkeiten erhalten, da die
Oberflächenstruktur der Lagerschale z. B. in ihrer Rauhigkeit gezielt eingestellt werden
kann. Zudem besteht die Möglichkeit, an dieser Schmiermitteltaschen, -nuten und
dergleichen vorzusehen, sofern die Einsatzbedingungen dies erfordern.
Insbesondere bei einer spritzgießtechnischen Herstellung des Kugelgelenkgehäuses
muß verhindert werden, daß das Material des Kugelgelenkgehäuses zur der
Gleitpaarung zwischen der Lagerschale und dem Kugelzapfen vordringt, da hierdurch
das Gleitverhalten zwischen den zueinander beweglichen Teilen des Kugelgelenkes
negativ beeinträchtigt werden könnte. Die Lagerschalen nach den oben bereits
erwähnten Druckschriften EP 0 778 421 A1, DE 33 06 151 A1 und US 4,318,627 A sind
zu diesem Zweck nicht geeignet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden daher zunächst
Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften hergestellt, die an ihren
Berührflächen mit Dichtvorrichtungen versehen werden. Die Teilabschnitte bzw. die
Lagerschalenhälften werden dann unter Anlage ihrer Berührflächen auf den Kugelzapfen
aufgesetzt werden und in definierter Lage dauerhaft miteinander verkoppelt.
Hierdurch wird einerseits sichergestellt, daß eine bereits in ihren Einzelteilen fertig
vorgeformte Lagerschale auf den Kugelzapfen aufgesetzt werden kann, so daß
Materialbeeinträchtigungen infolge einer ansonsten erforderlichen Formanpassung der
Lagerschalenteilabschnitte vermieden werden. Andererseits wird eine ausreichende
Dichtigkeit der Lagerschale bei einem nachfolgenden Anspritzen bzw. Angießen des
Kugelgelenkgehäuses gewährleistet.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Kugelzapfen mit
der Lagerschale in einen Formhohlraum eines Formwerkzeuges eingebracht, wobei
zwischen dem Formwerkzeug und der Lagerschale ein Hohlraum verbleibt, der dem zu
formenden Kugelgelenkgehäuse entspricht. Ein zwischen einem Außenrand der
Lagerschale und dem Formwerkzeug verbleibender Ringspalt wird durch einen
ringartigen Stempel abgedeckt, um den Hohlraum zu verschließen. Der Hohlraum wird
dann mit dem Material des Kugelgelenkgehäuses ausgefüllt.
Die Abdichtung von Spritzgießformen erfordert insbesondere bei größeren Drücken
ausreichend hohe Schließkräfte. Bei nicht-planen Flächen, wie beispielsweise in der
DE 296 16 350 U1 an der Kugeloberfläche des Kugelzapfens läßt sich eine gute
Dichtwirkung nur sehr schwer realisieren. In der Regel müssen in einem solchen Fall
Segmentbacken verwendet werden, die an der Kugeloberfläche zusammengefahren
werden. Der werkzeugtechnische Aufwand ist dabei nicht unbeachtlich.
Durch die Verwendung einer vorgefertigten Lagerschale auf dem Kugelzapfen kann bei
der nachfolgenden gießtechnischen Herstellung des Kugelgelenkgehäuses die
Abdichtung des Formwerkzeuges bzw. einer Gußform gegen einen planen Außenrand
der Lagerschale erfolgen. Ein aufwendig segmentiertes Schließwerkzeug ist dabei nicht
mehr erforderlich. Vielmehr genügt ein einfacher, ringförmiger Stempel, der gegen den
Außenrand der Lagerschale und die Gußform gefahren wird, um auch höheren
Gießdrücken Stand zu halten.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Teilabschnitte
der Lagerschale mit Verrastelementen hergestellt, die bei dem Zusammensetzen der
Teilabschnitte um den Kugelzapfen miteinander in Eingriff gebracht werden. Hierdurch
läßt sich die Montage der Lagerschale auf dem Kugelzapfen einfach gestalten, da auf
zusätzliche Sicherungsmittel, welche die Lagerschalenteilabschnitte in ihrer Position
zueinander fixieren, verzichtet werden kann. Dadurch wird überdies die Teilevielfalt des
Kugelgelenkes gering gehalten. Zudem wird gewährleistet, daß bei einem
Vorhandensein einer ausreichenden Anzahl von Teilabschnitten keine Sicherungsmittel
fehlen können. Weiterhin kann durch die Verrastelemente die richtige Positionierung der
Teilabschnitte zueinander kontrolliert werden, so daß ein zuverlässiges Dichten der
Berührflächen sichergestellt wird.
Zur weiteren Vereinfachung der Handhabung der Lagerschalenteilabschnitte bei der
Montage ist es vorteilhaft, zwei Teilabschnitte in einem Fertigungsschritt herzustellen,
wobei diese über ein Filmgelenk an einer Stelle miteinander verbunden bleiben. Dies ist
besonders vorteilhaft wenn die Lagerschale aus lediglich zwei Lagerschalenhälften
zusammengesetzt wird.
Um eine besonders stabile Kopplung der Teilabschnitte zu erzielen, ist es weiterhin
vorteilhaft, wenn das Filmgelenk und/oder die Verrastelemente bezogen auf eine
Hauptachse des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des Kugelzapfens
angeordnet werden.
Für eine besonders effiziente Herstellung hat es sich als günstig erwiesen, zwei
Lagerschalenhälften im Spritzgießverfahren herzustellen, an denen als Verrastelement
jeweils ein Schnapphaken angeformt ist, der mit einer Nut an der jeweils anderen
Lagerschalenhälfte koppelbar ist, und die beiden Lagerschalenhälften bei dem
Zusammenbau um den Kugelzapfen über die Schnapphaken und Nuten miteinander zu
verrasten. Das Einrasten der Schnapphaken bietet eine zuverlässige Kontrollmöglichkeit
für ein positionsrichtiges Zusammenfügen. Zudem sorgen die Schnapphaken für eine
gewisse Andruckkraft an den Berührflächen der Lagerschalenhälften untereinander,
wodurch die Dichtwirkung dort unterstützt wird.
In einer alternativen Ausgestaltung hierzu werden zwei Lagerschalenhälften im
Spritzgießverfahren hergestellt, die über ein Filmscharnier einseitig miteinander
verbunden bleiben, wobei an einer Lagerschalenhälfte dem Filmscharnier
gegenüberliegend als Verrastelement ein Schnapphaken angeformt ist, der mit einer Nut
an der anderen Lagerschalenhälfte koppelbar ist. Die beiden Lagerschalenhälften
werden bei dem Zusammenbau um den Kugelzapfen zusammengeklappt und über den
Schnapphaken und die Nut miteinander verrastet. Diese Lösung besitzt den zusätzlichen
Vorteil, daß bei der Montage die Lagerschalenhälften stets als ein handhabbares Bauteil
gemeinsam vorliegen.
Die oben angegebene Aufgabe wird weiterhin durch ein Kugelgelenk der eingangs
genannten Art gelöst, bei dem die Lagerschale um den Kugelzapfen aus mindestens
zwei Teilabschnitten zusammengefügt ist, die abdichtend aneinander anschließen, und
bei dem das Kugelgelenkgehäuse außenseitig an die Lagerschale angegossen bzw.
angespritzt ist. Ein solches Kugelgelenk ist, wie oben erläutert, einfach herstellbar und
bietet gleichzeitig die Möglichkeit einer gezielten tribologischen Einstellung der
Gleitpaarung der Lagerschale mit dem Kugelzapfen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kugelgelenkes sind die Teilabschnitte der
Lagerschale an ihren Berührflächen mit formschlüssigen Dichtvorrichtungen ausgebildet.
Dies ermöglicht eine besonderes gute Dichtwirkung der Teilabschnitte untereinander, die
auch hohen Spritzdrücken zuverlässig Stand hält.
Vorzugsweise sind die Teilabschnitte der Lagerschale mit Verrastelementen versehen,
die im zusammengebauten Zustand des Kugelgelenkes miteinander in Eingriff stehen.
Hierdurch wird, wie oben ebenfalls bereits näher erläutert, eine schnelle und einfache
Montage der Lagerschale gewährleistet.
Zur weiteren Verbesserung der Handhabung der Lagerschalenteilabschnitte sind zwei
Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften, an einer Stelle über ein
Filmgelenk miteinander verbunden.
Vorzugsweise sind das Filmgelenk und/oder die Verrastelemente bezogen auf eine
Hauptachse des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des Kugelzapfens
angeordnet, wodurch sich eine besonders stabile Verbindung der Teilabschnitte
verwirklichen läßt.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist die Lagerschale aus zwei
Lagerschalenhälften zusammengesetzt, an denen als Verrastelement jeweils ein
Schnapphaken angeformt ist, der im zusammengebauten Zustand mit einer Nut an der
jeweils anderen Lagerschalenhälfte verrastet ist. Alternativ hierzu ist die Lagerschale aus
zwei Lagerschalenhälften zusammengesetzt, die über ein Filmscharnier einseitig
miteinander verbunden sind, wobei an einer Lagerschalenhälfte dem Filmscharnier
gegenüberliegend ein Schnapphaken als Verrastelement angeformt ist, der im
zusammengebauten Zustand mit einer Nut an der anderen Lagerschalenhälfte verrastet
ist. In beiden Fällen ergibt sich eine besonders effiziente Montage der Lagerschale, da
die lediglich zwei Hälften bloß gegeneinandergedrückt werden müssen, um passend
ineinander einzurasten. Gleichzeitig wird dabei an den Berührflächen eine Dichtkraft
bereitgestellt. Die einstückige Ausbildung vereinfacht die Handhabung weiter, da durch
das Filmgelenk bereits eine Vorpositionierung der Hälften zueinander vorgenommen ist.
Zur Verbesserung der Gleitwirkung insbesondere bei höheren Lasten ist in einer weiteren
vorteilhaften Ausgestaltung die Lagerschale an ihrer zu dem Kugelzapfen weisenden
Innenwand mit einer oder mehreren Schmiermittelnuten versehen.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu können die Teilabschnitte bzw. die
Lagerschalenhälften der Lagerschale aus einem Kunststoff mit niedrigem
Reibungskoeffizienten, beispielsweise Polyoxymethylen gefertigt werden.
Vorzugsweise sind die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften der Lagerschale als
Spritzgußteile ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kugelgelenkes mit einer Lagerschale
aus Kunststoff;
Fig. 2 eine Ansicht der Lagerschale aus Fig. 1 von unten;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Lagerschale von Fig. 1 entlang einer die
Hauptachse A des Kugelgelenkes aufweisenden Ebene;
Fig. 4 eine Schnittansicht der Lagerschale entlang der Linie B-B in Fig. 3;
Fig. 5 eine aus zwei Lagerschalenhälften gebildete Lagerschale, deren
Lagerschalenhälften über ein Filmgelenk miteinander verbunden sind; und
in
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel, das sich von dem ersten
Ausführungsbeispiel durch eine aus zwei separaten Lagerschalenhälften
gebildete Lagerschale unterscheidet, deren Lagerschalenhälften über
Schnapphaken miteinander verbunden sind.
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt in Fig. 1 ein Kugelgelenk im zusammengebauten
Zustand, wobei zusätzlich ein bei der Herstellung verwendeter Hohlzylinder Z mit
dargestellt ist, der jedoch selbst nicht Teil des Kugelgelenks wird, sondern vielmehr ein
Teil eines Formwerkzeuges bildet.
Das Kugelgelenk umfaßt einen Kugelzapfen 1 mit einer sphärischen Oberfläche 2, der
hier am Ende einer langgestreckten Gelenkstange 3 ausgebildet ist. Die sich entlang der
Hauptachse A des Kugelgelenkes erstreckende Gelenkstange 3 ist weiterhin mit einem
Schlüsselabsatz 4 versehen, über den der Hohlzylinder Z ausgerichtet bzw. geführt
werden kann. In dem Ausführungsbeispiel ist die Gelenkstange 3 mit dem Kugelzapfen 1
einstückig aus einem metallischen Werkstoff, bevorzugt aus Stahl hergestellt.
Auf den Kugelzapfen 1 ist eine zweigeteilte Lagerschale 5 aufgesetzt, welche die
sphärische Oberfläche 2 des Kugelzapfens 1 mehr als zur Hälfte umgibt. Wie aus den
Fig. 2 bis 4 zu erkennen ist, weist die Lagerschale 5 eine im wesentlichen
zylindrische Außenform auf, an der in dem Ausführungsbeispiel zwei mit Bezug auf die
Hauptachse A übereinanderliegende Ringvorsprünge 6 und 7 vorgesehen sind. Die
Außenform ist jedoch nicht auf die in dem Ausführungsbeispiel gezeigt Gestalt
beschränkt. Vielmehr kann die Außenform im Hinblick auf ein an diese anzuformendes
Kugelgelenkgehäuse 8 je nach Bedarf weitestgehend frei gestaltet werden.
Die Innenform der Lagerschale 5 ist hingegen der sphärischen Oberfläche 2 des
Kugelzapfens 1 angepaßt. Dazu ist eine Innenwand 9 der Lagerschale 5 ebenfalls
sphärisch ausgebildet, wodurch zwischen dieser und der sphärischen Oberfläche 2 des
Kugelzapfens 1 eine Gleitflächenpaarung geschaffen wird. In der Innenwand 9 sind
Ausnehmungen zur Aufnahme eines Schmiermittels vorgesehen. Wie insbesondere aus
den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, sind diese Ausnehmungen als Nuten 10
ausgebildet, wobei in dem Ausführungsbeispiel drei durchgehende Nuten vorgesehen
sind, die sich über den geschlossenen Scheitel der Innenwand 9 erstrecken und die
sternförmig um die Hauptachse A angeordnet sind. Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die
Nuten 10 nicht bis zu einem Außenrand 11 der an der offenen Axialseite der Lagerschale
5 verlaufen. Hierdurch wird eine frühzeitige Verdrängung des Schmiermittels aus dem
Kugelgelenk vermieden. Die Nuten 10 wirken vielmehr als Schmiermittelreservoir.
Anstelle der dargestellten Nuten können andersartig geformte Schmiermitteltaschen
vorgesehen werden. Auch eine glattsphärische Ausbildung der Innenwand 9 ist möglich.
Eine gute Beweglichkeit des Kugelzapfens 1 in der Lagerschale 5 wird weiterhin durch
die Verwendung eines Kunststoffes begünstigt, der mit dem Material des Kugelzapfens 1
einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist. In dem Ausführungsbeispiel kann die
Lagerschale 5 beispielsweise aus Polyethylen, Polypropylen, Polyethersulfon,
Polyetherketon oder Polyamid hergestellt werden. Als besonders geeignet hat sich
Polyoxymethylen (POM) erwiesen.
Die Teilung der Lageschale 5 in zwei Lagerschalenhälften 5a und 5b erfolgt in einer
Ebene, welche die Hauptachse A des Kugelgelenkes enthält. Fig. 1 zeigt eine Aufsicht
auf die Trennebene bzw. die Berührfläche 12a einer Lagerschalenhälfte 5a. Die
gegenseitige Lagerschalenhälfte 5b mit der zugehörigen Berührfläche 12b ist in Fig. 3
dargestellt.
An den Berührflächen 12a und 12b sind Dichtvorrichtungen vorgesehen, die in dem
ersten Ausführungsbeispiel formschlüssig ineinandergreifen, so daß im
zusammengebauten Zustand der Lagerschale 5 entlang der gesamten Berührflächen
12a und 12b eine hohe Dichtwirkung erzielt wird. Die Dichtvorrichtungen umfassen an
einer Berührfläche 12b einen rippenartigen Vorsprung 13b, der eine Schnittkante der
Innenwand 9 der Lagerhälfte 5b radial außenseitig vollständig umgibt und jeweils am
Außenrand 11 endet. Dem rippenartigen Vorsprung 13b ist an der Berührfläche 12a der
anderen Lagerschalenhälfte 5a eine Aufnahmenut 13a zugeordnet, in welcher der
Vorsprung 13b im zusammengebauten Zustand der Lagerschale 5 formschlüssig
aufgenommen ist.
Prinzipiell wäre es auch möglich, zwischen den Berührflächen 12a und 12b anstelle der
formschlüssigen Verbindung beispielsweise ein Dichtband vorzusehen, für das
gegebenenfalls geeignete Ausnehmungen angebracht werden. Die formschlüssige
Kopplung besitzt jedoch nicht nur gute Dichteigenschaften, vielmehr bewirkt sie
gleichzeitig auch die Ausrichtung der Lagerschalenhälften 5a und 5b untereinander, so
daß die zugehörigen Abschnitte der Innenwand 9 versatzfrei zueinander ausgerichtet
werden.
Nach dem Zusammenfügen der Lagerschalenhälften 5a und 5b müssen diese vor einem
nachfolgenden Anbringen des Kugelgelenkgehäuses 8 gegen ein willkürliches Lösen
gesichert werden. Dies kann beispielsweise durch zusätzliche Sicherungsmittel wie
Bügel, Klammern, Bolzen und dergleichen erfolgen. Auch können die Hälften
beispielweise bei oder nach ihrem Zusammenfügen an dem Kugelzapfen 1 miteinander
verklebt werden. Zur Vereinfachung des Zusammenbaus sind in dem
Ausführungsbeispiel an den Lagerschalenhälften 5a und 5b Verrastelemente
vorgesehen, die im zusammengebauten Zustand des Kugelgelenkes miteinander in
Eingriff stehen.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen eine erste Verbindungsmöglichkeit. Dabei ist die Lagerschale
5 aus zwei Lagerschalenhälften 5a und 5b zusammengesetzt, die über ein Filmgelenk
bzw. -scharnier 14 einseitig miteinander verbunden sind. Auf der dem Filmscharnier 14
gegenüberliegenden Seite ist an eine Lagerschalenhälfte 5b als Verrastelement ein
Schnapphaken 15 angeformt, der im zusammengebauten Zustand mit einer Nut 16 an
der anderen Lagerschalenhälfte 5a verrastet ist. Fig. 5 zeigt diese Lagerschale 5 im
geöffneten Zustand vor dem Aufsetzen auf einen Kugelzapfen 1.
Der Schnapphaken 15 weist einen dünnwandigen, radial elastisch ausfederbaren
Bügelabschnitt 19 auf, der mit einem Ende einstückig mit der Lagerschalenhälfte 5b
verbunden ist. Das freie Ende des Schnapphakens 15 ist in der Art eines Widerhakens
mit einer abgeschrägten Frontfläche 18 ausgebildet, die ein leichtes Überwinden beim
Schieben des Hakens über eine Kante erlaubt. An der gegenüberliegenden Seite ist eine
zu dem Bügelabschnitt 19 etwa rechtwinklige Haltefläche 17 angeordnet, die ein
Zurückziehen über die Kante blockiert.
Die Nut 16 an der anderen Lagerschalenhälfte 5a ist mit einer entsprechenden
Verrastkante ausgebildet, an der die Haltefläche 17 hängen bleibt. Vorzugsweise ist die
Nut 16 der Kontur des Schnapphakens 15 nachgebildet. Die Lageabstimmung zwischen
der Verrastkante der Nut 16 und der Haltefläche 17 erfolgt dabei solchermaßen, daß im
verrasteten Zustand die Berührflächen 12a und 12b gegeneinander verspannt sind.
Anhand des Einrastens kann die korrekte Verbindung der Lagerschalenhälften 5a und 5b
festgestellt werden.
Eine alternative Ausführung ist in Fig. 6 anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels
dargestellt. In diesem Fall ist das Filmscharnier 14 durch eine weitere Verrastung ersetzt,
die hier wiederum aus einem Schnapphaken 15 und einer diesem zugeordneten Nut 16
gebildet wird, so daß in Fig. 6 insgesamt zwei Schnapphaken 15 zu erkennen sind.
Werden an einer Berührfläche die Dichtausnehmungen 13c und Dichtvorsprünge 13d
solchermaßen angeordnet, daß diese am Scheitel der Lagerschalenhälfte 5c einander
abwechseln, so können beide Lagerschalenhälften 5c, 5c vollständig gleichartig
ausgebildet werden.
In beiden Ausführungsbeispielen sind das Filmgelenk 14 bzw. die Schnapphaken 15
bezogen auf die Hauptachse A des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des
Kugelzapfens 1 angeordnet. Zudem sind die Lagerschalenhälften 5a, 5b und 5c als
Spritzgußteile ausgebildet.
Im folgenden wird nun der Herstellungsvorgang der zuvor erläuterten Kugelgelenke
beispielhaft erläutert.
Die grundsätzliche Vorgehensweise besteht darin, zunächst eine aus mindestens zwei
Teilabschnitten gebildete Lagerschale, d. h. in den Ausführungsbeispielen zwei
Lagerschalenhälften 5a und 5b bzw. 5c um den Kugelzapfen 1 fest zusammenzufügen,
wobei die Teilabschnitte untereinander gegen den Kugelzapfen 1 abgedichtet werden.
Anschließend wird dann die so gebildete Lagerschale 5 mit dem Kugelgelenkgehäuse 8
umgossen bzw. umspritzt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 werden hierzu die bereits über das
Filmscharnier 14 verbundenen Lagerschalenhälften 5a und 5b um den Kugelzapfen 1
zusammengeklappt. Dabei gelangen die an den Berührflächen 12a und 12b
vorgesehenen Dichtvorrichtungen, d. h. die Nut 13a mit dem Vorsprung 13b in definierter
Lage zueinander in Eingriff. Sobald die Lagerschalenhälften 5a und 5b ihre lagerichtige
Endposition zueinander erreichen, verrasten diese selbsttätig, indem der Schnapphaken
15 über die Verrastkante der Nut 16 springt. Die Lagerschalenhälften 5a und 5b sind
solchermaßen in definierter Lage dauerhaft miteinander verkoppelt, so daß die
Lagerhälften nicht mehr ohne weiteres voneinander gelöst werden können.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 werden die separaten Lagerhälften 5c,
5c um den Kugelzapfen 1 zusammengesteckt, wobei die Schnapphaken 15 wie in dem
ersten Ausführungsbeispiel bei Erreichen der lagerichtigen Endposition mit den
zugehörigen Nuten verrasten.
Hernach wird der Kugelzapfen 1 mit der Lagerschale 5 in einen Formhohlraum eines
nicht näher dargestellten Formwerkzeuges eingebracht. Zwischen dem Formwerkzeug
und der Lagerschale 5 verbleibt ein Hohlraum, der dem zu formenden
Kugelgelenkgehäuse 8 entspricht. Dabei bleibt zwischen dem Außenrand 11 der
Lagerschale 5 und dem Formwerkzeug ein Ringspalt offen, der durch einen ringartigen
Stempel, hier den Hohlzylinder Z des Formwerkzeuges abgedeckt wird, um den
Hohlraum zu verschließen. Anschließend wird der Hohlraum mit dem Material des
Kugelgelenkgehäuses 8, bevorzugt einem Kunststoff, ausgegossen bzw. ausgespritzt.
Die Außenform der Lagerschale 5 wie auch die des Kugelgelenkgehäuses 8 kann durch
entsprechende Formgebung bedarfsweise eingestellt werden. In dem in Fig. 1
gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem Außenzylinder der Lagerschale 5
Ringvorsprünge 6 und 7 vorgesehen, die hier zumindest teilweise in das
Kugelgelenkgehäuse mit eingegossen bzw. eingespritzt werden, so daß mit dem
Anbringen des Kugelgelenkgehäuses 8 gleichzeitig eine Axialsicherung zwischen diesem
und der Lagerschale 5 bewirkt wird.
Dabei weist die aus den Teilabschnitten zusammengesetzte Lagerschale 5 an den
Berührflächen eine hohe Dichtigkeit auf, so daß an diesen kein
Kugelgelenkgehäusematerial zu der sphärischen Oberfläche 2 des Kugelzapfens 1
gelangen kann. Überdies ermöglicht die planflächige Anlage des Hohlzylinders Z gegen
den planen Außenrand 11 der Lagerschale 5 an dieser Dichtstelle eine hohe
Schließkraft, so daß dort eine hohe Sicherheit gegen ein Herausquellen von
Kugelgelenkgehäusematerial besteht. Diese Art der Abdichtung ist gegenüber einem an
die sphärische Oberfläche 2 anzulegenden Segmentschieber erheblich einfacher und
prozeßsicherer.
1
Kugelzapfen
2
sphärische Oberfläche
3
Gelenkstange
4
Schlüsselabsatz
5
Lagerschale
5
a,
5
b Lagerschalenhälften
6
Ringvorsprung
7
Ringvorsprung
8
Kugelgelenkgehäuse
9
Innenwand
10
Nuten
11
Außenrand
12
a Berührfläche
12
b Berührfläche
13
a Aufnahmenut
13
b rippenartigen Vorsprung
14
Filmgelenk bzw. -scharnier
15
Schnapphaken
16
Nut
17
rechtwinklige Haltefläche
18
abgeschrägten Frontfläche
19
Bügelabschnitt
Claims (19)
1. Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenkes mit einem Kugelzapfen (1), der in
einer Lagerschale (5) aus Kunststoff dreh- und schwenkbar gehalten ist, wobei die
Lagerschale (5) in einem Kugelgelenkgehäuse (8) eng aufgenommen ist dadurch
gekennzeichnet, daß eine aus mindestens zwei Teilabschnitten (5a, 5b; 5c)
gebildete Lagerschale (5) um den Kugelzapfen (1) fest zusammengefügt wird, unter
Abdichtung der Teilabschnitte (5a, 5b; 5c) untereinander gegen den Kugelzapfen
(1), und bei dem anschließend die so gebildete Lagerschale (5) mit dem
Kugelgelenkgehäuse (8) umgossen bzw. umspritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die
Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c) hergestellt
werden, die an ihren Berührflächen (12a, 12b) mit Dichtvorrichtungen (13a, 13b;
13c) versehen werden, und dann die Teilabschnitte bzw. Lagerschalenhälften (5a,
5b; 5c) unter Anlage ihrer Berührflächen (12a, 12b) auf den Kugelzapfen (1)
aufgesetzt werden und in definierter Lage dauerhaft miteinander verkoppelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelzapfen
(1) mit der Lagerschale (5) in einen Formhohlraum eines Formwerkzeuges
eingebracht wird, wobei zwischen dem Formwerkzeug und der Lagerschale (5) ein
Hohlraum verbleibt, der dem zu formenden Kugelgelenkgehäuse (8) entspricht, ein
zwischen einem Außenrand (11) der Lagerschale (5) und dem Formwerkzeug
verbleibender Ringspalt durch einen ringartigen Stempel abgedeckt wird, um den
Hohlraum zu verschließen, und der Hohlraum mit dem Material des
Kugelgelenkgehäuses (8) ausgefüllt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Teilabschnitte (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) mit Verrastelementen (15, 16)
hergestellt werden, die bei dem Zusammensetzen der Teilabschnitte (5a, 5b; 5c) um
den Kugelzapfen (1) miteinander in Eingriff gebracht werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei
Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c), in einem
Fertigungsschritt hergestellt werden und über ein Filmgelenk (14) an einer Steile
miteinander verbunden bleiben.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Filmgelenk (14) und/oder die Verrastelemente (15, 16) bezogen auf eine
Hauptachse (A) des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des Kugelzapfens
(1) angeordnet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei
Lagerschalenhälften (5c) im Spritzgießverfahren hergestellt werden, an denen als
Verrastelement jeweils ein Schnapphaken (15) angeformt ist, der mit einer Nut (16)
an der jeweils anderen Lagerschalenhälfte (5c) koppelbar ist, und daß die beiden
Lagerschalenhälften (5c) bei dem Zusammenbau um den Kugelzapfen (1) über die
Schnapphaken (15) und Nuten (16) miteinander verrastet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei
Lagerschalenhälften (5a, 5b) im Spritzgießverfahren hergestellt werden, die über ein
Filmscharnier (14) einseitig miteinander verbunden bleiben, wobei an einer
Lagerschalenhälfte (5b) dem Filmscharnier (14) gegenüberliegend als
Verrastelement ein Schnapphaken (15) angeformt ist, der mit einer Nut (16) an der
anderen Lagerschalenhälfte (5a) koppelbar ist, und daß die beiden
Lagerschalenhälften (5a, 5b) bei dem Zusammenbau um den Kugelzapfen (1)
zusammengeklappt und über den Schnapphaken (15) und die Nut (16) miteinander
verrastet werden.
9. Kugelgelenk, umfassend einen Kugelzapfen (1), eine Lagerschale (5) aus
Kunststoff, in welcher der Kugelzapfen (1) dreh- und schwenkbar gehalten ist, und
ein Kugelgelenkgehäuse (8), in dem die Lagerschale (5) eng aufgenommen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (5) um den Kugelzapfen (1) aus
mindestens zwei Teilabschnitten (5a, 5b; 5c) zusammengefügt ist, die abdichtend
aneinander anschließen, und daß das Kugelgelenkgehäuse (8) außenseitig an die
Lagerschale (5) angegossen bzw. angespritzt ist.
10. Kugelgelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilabschnitte
(5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) an ihren Berührflächen (12a, 12b) mit
formschlüssigen Dichtvorrichtungen (13a, 13b; 13c, 13d) ausgebildet sind.
11. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilabschnitte (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) mit Verrastelementen (15, 16)
versehen sind, die im zusammengebauten Zustand des Kugelgelenkes miteinander
in Eingriff stehen.
12. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Teilabschnitte, beispielsweise zwei Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c), an einer
Stelle über ein Filmgelenk (14) miteinander verbunden sind.
13. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß
das Filmgelenk (14) und/oder die Verrastelemente (15, 16) bezogen auf eine
Hauptachse (A) des Kugelgelenkes im Bereich der größten Weite des Kugelzapfens
(A) angeordnet sind.
14. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lagerschale (5) aus zwei Lagerschalenhälften (5c) zusammengesetzt ist, an
denen als Verrastelement jeweils ein Schnapphaken (15) angeformt ist, der im
zusammengebauten Zustand mit einer Nut (16) an der jeweils anderen
Lagerschalenhälfte (5c) verrastet ist.
15. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lagerschale (5) aus zwei Lagerschalenhälften (5a, 5b) zusammengesetzt ist, die
über ein Filmscharnier (14) einseitig miteinander verbunden sind, wobei an einer
Lagerschalenhälfte (5b) dem Filmscharnier (14) gegenüberliegend als
Verrastelement ein Schnapphaken (15) angeformt ist, der im zusammengebauten
Zustand mit einer Nut (16) an der anderen Lagerschalenhälfte (5a) verrastet ist.
16. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lagerschale (5) an ihrer zu dem Kugelzapfen (1) weisenden Innenwand (9) mit
einer oder mehreren Schmiermittelnuten (10) versehen ist.
17. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) als
Spritzgußteile ausgebildet sind.
18. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) aus
einem Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten hergestellt sind.
19. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teilabschnitte bzw. die Lagerschalenhälften (5a, 5b; 5c) der Lagerschale (5) aus
Polyoxymethylen hergestellt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999158149 DE19958149A1 (de) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | Kugelgelenk und Verfahren zu dessen Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1999158149 DE19958149A1 (de) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | Kugelgelenk und Verfahren zu dessen Herstellung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19958149A1 true DE19958149A1 (de) | 2001-06-07 |
Family
ID=7931201
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999158149 Withdrawn DE19958149A1 (de) | 1999-12-03 | 1999-12-03 | Kugelgelenk und Verfahren zu dessen Herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19958149A1 (de) |
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