DE2927900A1

DE2927900A1 - Drehgelenk und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2927900A1
Application number: DE19792927900
Authority: DE
Inventors: Jacques Pierrat
Original assignee: Hutchinson Mapa SA
Current assignee: Hutchinson Mapa SA
Priority date: 1978-07-20
Filing date: 1979-07-11
Publication date: 1980-01-31
Also published as: ES482620A0; FR2431637A2; DE7919798U1; FR2431637B2; ES8303629A2

Description

Drehgelenk und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Drehgelenke, d.h. auf Gelenke, die im allgemeinen zwischen einem schaftähnlichen Bauteil, das im folgenden als Lagerzapfen bezeichnet wird, und einem anderen, auf dem Lagerzapfen aufgesetzten Bauteil vorgesehen werden, unter Zwischenschaltung einer elastischen Baueinheit zwischen diesen beiden Teilen, die mindestens zwei aneinander haftende Hülsen enthält, nämlich eine nachgiebige Hülse aus einem Elastomer -Material, sowie mindestens eine Hülse aus einem härteren plastischen oder thermoplastischen Material, wobei diese elastische Baueinheit die Möglichkeit der Relativdrehung der beiden genannten Drehteile gewährleistet.

Zur Herstellung dieser Gelenke ist bereits eine Anordnung

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vorgeschlagen worden. Es handelt sich dabei beispielsweise um die Herstellung solcher Gelenke durch Formgießen, wobei die Gelenke eine äußere aus Elastomer bestehende Hülse enthalten, die eine innere aus plastischem Material bestehende Hülse umgeben, wobei diese Einrichtungen wie Vorsprünge und Vertiefung aufweist, die in Kontakt mit dem eigentlichen Lagerzapfen treten und so die Schmierung erleichtern sollen. Diese letztgenannten Einrichtungen werden auf einem Rohling aus plastischem Material realisiert, der zunächst über einen mit Riefelungen versehenen Formkern aufgesetzt wird und anschließend in eine Form eingebracht wird, die zum Gießen der aus Elastomer bestehenden Umhüllung um den Rohling bestimmt ist, so daß dieser unter der Einwirkung des Druckes und der Temperatur des Formgießens auf seiner inneren Oberfläche die genannten Riefelungen annimmt. Eine sich anschließende Behandlung mit einer geeigneten Temperatur gewährleistet die Vulkanisierung des Elastomeres. Man verwendet zu diesem Zweck als plastisches Material Polyurethan.

Man mußte jedoch feststellen, daß in der äußeren Schicht der Hülse aus Polyurethan, d.h. in der Schicht, die mit der äußeren, aus Elastomer bestehenden Hülse in Kontakt steht, eine Wanderung der Anteile der Vulkanisation, insbesondere des Schwefels, auftrat, woraus eine -brüchige Zone entstand, die der Befestigung der beiden Hülsen untereinander abträglich war. Diese Wanderung, die wahrscheinlich während der Vulkanisierbehandlung des Elastomers eingeleitet wird, entwickelt sich als eine Alterungserscheinung und verringert so rasch die Festigkeit der Verbindung zwischen den beiden Teilen.

Versuche haben gezeigt, und darin liegt die Aufgabe der Erfindung, daß ein Interesse daran bestand, andere plastische Materialien zu wählen, die diese Wanderung nicht zeigen .

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Daher schlägt die Erfindung vor, für die aus plastischem Material bestehende Hülse ein Polyamid zu verwenden, sogar Materialien wie PTFE.

Mit plastischen Materialien dieser Art geschieht die Herstellung des komplexen Gelenkes mit seinen beiden Hülsen nach der folgenden oder jeder anderen ähnlichen Art. Die aus plastischem Material, insbesondere aus Polyamid, bestehende Hülse wird zunächst in Kontakt mit den geriefelten Oberflächen einer Form gebracht. Das Einbringen des Elastomeres in den Restzwischenraum zwischen dieser Hülse und der Form bei einer geeigneten Temperatur erzeugt eine Erweichung dieser Hülse, deren entsprechende Oberfläche unter dem Einfluß des Druckes die Form der Riefelungen oder anderer Vorsprünge der Form annimmt. Man muß nur noch die Wirkung der Temperatur verlängern, um die Vulkanisierung des Elastomeres zu gewährleisten. Nach ihrem Abkühlen nimmt die Hülse aus plastischem Material wieder ihre Festigkeit an, während der Elastomer die erforderlichen Elastomer-Eigenschaften angenommen hat. Darüber hinaus hat die Behandlung es zugelassen, eine vollständige Haftung zwischen der Elastomer -Hülse und der Hülse aus plastischem Material zu gewährleisten, und diese Haftung bleibt während des Gebrauchs bestehen.

Die Erfindung umfaßt !Eben diesen grundsätzlichen Anordnungen gewisse andere Anordnungen, die gleichzeitig nützlich sind und von denen im folgenden im einzelnen noch gesprochen wird.

Es ist besonders bemerkenswert, daß die Erfindung ebenso in dem Fall Anwendung finden kann, in dem die eigentliche Drehung zwischen der aus plastischem Material bestehenden Hülse und dem inneren Lagerzapfen erfolgt, wie auch in dem umgekehrten Fall, in dem die Drehung gegenüber der inneren Oberfläche des äußeren Teiles vorgesehen ist.

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Die Erfindung umfaßt insbesondere bestimmte Anwendungen, insbesondere diejenigen, für die man die Erfindung auf Drehgelenke für Fahrzeugteile, insbesondere Aufhängungsteile anwendet. Die Erfindung umfaßt weiterhin bestimmte Herstellungsmethoden der genannten Anordnungen und sie betrifft weiterhin die Gelenke der fraglichen Art in ihrer Eigenschaft als neue industrielle Produkte, die eine Anwendung dieser Anordnungen enthalten, ebenso wie die zu ihrer Herstellung geeigneten Spezialelemente und die Baueinheiten, insbesondere Fahrzeuge, in denen die erfindur.gsgemäßen Gelenke enthalten sind.

Die Erfindung betrifft also elastische Gelenke und Verfahren zu ihrer Herstellung. Diese Gelenke sind insbesondere für Lagerzapfen bestimmt, die bei der Aufhängung von Fahrzeugen verwendet werden, unter Zwischenschaltung einer Hülse aus plastischem Material, die mit einer Hülse aus Elastomer -Material zusammenwirkt, wobei erfindungsgemäß das plastische Material unter denjenigen Materialien ausgewählt wird, die sich unter Wärmeeinfluß verformen lassen, um die Bildung von Riefelungen auf einem geeigneten Kern zuzulassen, die aber der Wanderung von Schwefel oder anderer Zutaten bei der Vulkanisation von der äußeren Elastomer-Hülse widersetzen. Insbesondere wählt man ein Polyamid oder ein PTFE. Die Erfindung kann Anwendung finden in dem Fall, wo es sich um eine innere Elastomer -Hülse und eine äußere Hülse aus plastischem Material handelt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung* Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen teilweise abgebrochenen

Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Drehgelenk bei einem Auf-

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hängungsteil eines Fahrzeugs, wo die Drehung um die Achse des inneren Drehzapfens vorgesehen ist;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Form zur

Herstellung eines erfindungsgemäßen Drehgelenks nach einem erfindungsgemäßen Verfahren ;

Fig.3 bzw 4 einen Längs- bzw. Querschnitt durch eine

Anordnung der gleichen Art wie in den • Fig.1 und 2, aber mit Drehung außerhalb der aus plastischem Material bestehenden Hülse;

Fig.5 einen Längsschnitt durch eine Form zur Herstellung der Vorrichtung nach den Fig.3 und 4.

Die Erfindung schlägt, insbesondere nach den Anwendungsmöglichkeiten und den Herstellungsverfahren ihrer verschiedenen Teile, auf die es Nachdruck zu legen gilt, beispielsweise die Herstellung eines Drehgelenks zwischen zwei ineinander angeordneten Elementen vor, wie z.B. zwischen einem Lagerzapfen A, der zu einem Achsschenkel 1 oder einer Fahrzeugradhalterung gehören kann, und einer Hülse B₇ die beispielsweise an das Ende eines oder mehrerer Arme 2 montiert ist, die zu einer Aufhängung gehören. Die Erfindung wird nach einer im folgenden beschriebenen oder einer ähnlichen Art durchgeführt.

In den Fig.1 und 2 ist ein Gelenk dargestellt, bei dem die Drehung auf dem inneren Element A vorgesehen ist, wobei das Gelenk die folgenden wesentlichen Elemente enthält:

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eine äußere Hülse 3 aus einem Elastomer mit einer gewissen Elastizität,die mit Hilfe eines herkömmlichen Verbindungsverfahrens fest mit der Oberfläche eines starren rohrförmigen Elementes 4 verbunden werden kann, das beispielsweise aus Metall besteht und seinerseits bei der Montage mit dem äußeren Teil B befestigt ist, obwohl man in gleicher Weise eine direkte Befestigung der Hülse 3 an dem Element B vorsehen könnte, ohne auf das Element 4 zurückgreifen zu müssen,

eine Hülse 5 aus einem plastischen oder einem thermoplastischen Material mit einer gewissen Härte, das sich im inneren der Hülse 3 befestigen läßt, wobei diese Hülse 5 auf ihrer inneren Oberfläche die Drehbewegung um den Lagerzapfen A gewährleistet, oder vorzugsweise um eine starre Hülse 6, die auf dem Lagerzapfen befestigt ist,

das Ganze in Kombination mit einer geeigneten Schmierung zwischen der Hülse 5 und dem Lagerzapfen oder der Hülse 6, wobei die Schmierung dank des Vorhandenseins von Einrichtungen möglich gemacht ist, die auf der inneren Oberfläche der Hülse 5 vorhanden sind, beispielsweise eine Reihe von VorSprüngen und Vertiefungen, wobei diese Einrichtungen zur Bildung von Reibungs-Vorzugszonen beitragen und mit Schmiermittel gefüllte Bläschen begrenzen.

Diese letztgenannten Einrichtungen 7 können verschiedener Art sein, z.B. von längsverlaufenden Rippen und Nuten gebildet sein, wie es in Fig.1 sichtbar ist, oder von guer- oder schraubenförmig verlaufenden Rippen, oder auf jede andere Art.

Zur Herstellung der Einheit aus den beiden Hülsen 3 und 5 verwendet man ein bereits bekanntes Verfahren, nach dem man eine Erweichung der aus plastischem Material bestehenden

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Hülse durch die Einspritzung eines erwärmten und unter Druck stehenden Elastomeres für die andere Hülse in eine geeignete Form hervorruft, eine Erweichung, die dem plastischen Material erlaubt, sich auf einem Formkern oder einer anderen geeigneten Oberfläche zu riefeln, aber man wählt als plastisches Material einen Stoff aus der Gruppe der Polyamide oder PTFE, die, wie es die Praxis bewiesen hat, keiner Wanderung von Schwefel in das plastische Material stattgeben. Man kann insbesondere das im Handel mit Polyamid bezeichnete Polyamid auswählen, das die Eigenschaft besitzt, sich zu erweichen, sobald es auf eine Temperatur von etwa 15O° erhitzt ist.

Unter diesen Bedingungen hat die unter Druck und bei geeigneter Temperatur erfolgende Formung des in eine Form, wie beispielsweise die nach Fig.2, eingeführten Elastomers zur Wirkung, daß das plastische Material der Hülse 5 deformiert wird, um es dazu zu bringen» die Riefelungen eines Formkerns anzunehmen, auf den die Hülse vorher aufgesetzt worden war.

Es sind selbstverständlich Einrichtungen zur axialen Halterung an den Enden des Gelenkes vorzusehen, um die Einheit nach der Herstellung an ihrer Wirkungsstelle zu halten. Einrichtungen wie z.B. Unterlegscheiben 8 und 9 in Kombination »it einer auf das eine mit einem Gewinde versehenen Ende 11 des Lagerzapfens Ä aufgeschraubten Mutter IQ.

Zur Erläuterung ist in Fig.2 eine Form dargestellt, die verwendet werden kann. In dieser Form wurde zunächst ein zentraler Formkern 12 eingesetzt, der von der Basis 13 der Fons getragen wird und Systeme von Rippen und Nuten 14 enthält, die als Abbild der oben genannten Rippen und Nuten eingerichtet sind. Man setzt zunächst auf diesen Formkern einen Polyamid-Preßling 5.. ioxäer einen Preßling aus eines anderen plastischen Material, das die gesuchte Ver-

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formung zuläßt), aus dem die Hülse 5 hergestellt werden soll, wobei dieser Preßling vorher auf irgendeine geeignete Art hergestellt worden ist, durch Strecken, Ziehen, Formen o.dgl., und sein innerer Durchmesser dem Durchmesser des äußeren Raumbedarfs der Rippen und Nuten 14 des Formkerns 12 angepaßt ist. Nachdem in dem Körper der Form 15 die starre äußere Hülse 4 an ihre Stelle gebracht ist, falls sie vorhanden ist, wird die Form 16 geschlossen und der Druckgießvorgang des zur Bildung der Hülse 3 bestimmten Elastomeres begonnen, von dem Kolben 17 einer Presse 18 an, wobei der Elastomer unter Druck durch die Zuführungskanäle 19 gepreßt wird, um den zylindrischen freigebliebenen Zwischenraum aufzufüllen und den Preßling S₁ unter Druck zu setzen. Unter der kombinierten Wirkung der Temperatur und des Druckes erweicht sich die Hülse aus Polyamid und ihre innere Oberfläche drückt sich daher auf den Rippen und Nuten 14 des Formkerns12 auf.

Die Temperatur kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 150 bis etwa 200° veränderlich sein, insbesondere in der Größenordnung von 165°. Der Druck kann in einem Bereich von etwa 150 bis etwa 200 bar veränderbar sein, insbesondere etwa 154 bar betragen.

Nun muß nur noch die Temperatur und der Druck, oder wenigstens die Temperatur, bei den oben genannten Werten gehalten werden, oder auch auf unterschiedlichen Werten, die niedriger oder höher liegen können, während einer geeigneten Zeit, um die Vulkanisierung des Elastomeres zu realisieren.

So wird die Temperatur während einer Dauer von etwa 6 Minuten bei einem Wert von etwa 165° C aufrecht erhalten, wobei diese Werte nur als Beispiel angegeben sind, da es im Bereich des Könnens des Durchschnittsfachmanns liegt, sie als Funktion der Erfahrungen in jedem einzelnen Fall zu

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A 18 025/26 - 12 modifizieren.

Eine Befestigung wird darüber hinaus einerseits zwischen dem äußeren Element 4 und dem Elastomer und andererseits zwischen diesem und der inneren Hülse 5 hergestellt, wobei die auf die Elemente 4 und 5 gerichteten Oberflächen vorher chemisch behandelt wurden, um die Adhäsion zu gewährleisten.

Nach der Formung und der Vulkanisierung wird die Form geöffnet und der Formkern 12 von der Hülse 5 weggezogen. Dieser letztgenannte Extraktionsschritt bietet keine Schwierigkeiten, auch dann nicht, wenn die Rippen und Vorsprünge transversal verlaufen, da die Hülse 5 immer noch eine gewisse Elastizität aufgrund der immer noch vorhandenen Wärme zeigt.

Es ist jedenfalls zu bemerken, daß die aus plastischem Material bestehende Hülse nach ihrem Wiedererkalten ihre Starrheit wiedergefunden hat und sich darüber hinaus wegen ihrer Zusammensetzung selbst der Wanderung von Schwefel aus der Elastomer -Hülse widersetzt, so daß die Haftung zwischen den beiden Hülsen 3 und 5 zeitlich erhalten bleibt. Ggf. könnte eine Abkühlung des Formkerns 12 während der Vulkanisierphase vorgesehen sein.

In den Fig.3 und 4 ist eine Herstellungsart der Erfindung dargestellt, die für den Fall anwendbar ist, in dem die Drehung der aus plastischem Material bestehenden Hülse 5 an ihrer Außenseite vorgesehen ist, d.h. gegenüber der inneren Oberfläche des äußeren Elementes B, oder auch gegenüber einem in der genannten Oberfläche angebrachten zwischengeschalteten Element (die Elemente A und B sind nur schematisch in strichpunktierten Linien angedeutet).

Das elastische Element bzw. die Elastomer -Hülse 3 ist

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hier im Inneren angeordnet, um mit der Hülse 6 in Eingriff gebracht und an ihr befestigt zu werden, die ihrerseits auf die Achse A aufgesetzt ist, während die aus plastischem Material bestehende Hülse 5 außerhalb der Hülse 3 vorgesehen ist und dadurch im Inneren des Elementes B sich drehen kann. In diesem Fall ist die äußere Oberfläche dieser Hülse mit Vertiefungen oder Vorsprüngen 7 versehen. .."-.-

Man kann für diese Vertiefungen oder Vorsprünge das Aussehen von Waffelmustern oder Wabenmustern vorsehen, wie es in Fig.3 zu sehen ist.

Die Formungs- bzw. Gußvorgänge erfolgen wie schon beschrieben und so, wie in Fig.5 zu sehen ist. Die aus plastischem Material bestehende Hülse 5 wird in die Form eingesetzt, deren äußerer Abschnitt 15 auf den inneren gegen den Preßling der Hülse 5 gerichteten Oberflächen mit Vertiefungen und Vorsprüngen versehen ist, die denjenigen entsprechen, die auf dem Preßling hergestellt werden sollen. Der Formungsvorgang der Elastomer -Hülse 3 geschieht wie schon beschrieben.

Für den Fall, daß die Vertiefungen und Vorsprünge Waffeloder Wabenmuster aufweisen, besteht der äußere Teil 15 der Form aus mindestens zwei Elementen, um eine leichtere Herausnahme aus der Form zu ermöglichen.

Als Ergebnis des beschriebenen Herstellungsverfahrens, welches auch die verwendete Herstellungsart ist, kann man Drehgelenke erhalten, deren Herstellung und Wirkungsweise weit über das vorbekannte hinausgehen, gleichgültig, zu welchem Gegenstand sie verwendet werden. Diese Gelenke stellen neben den schon genannten den weiteren Vorteil dar, daß sie eine bessere Homogenität der Elastomer -Hülsen und der Hülsen aus plastischem Material gewährleisten, und dadurch eine bessere Haftung zwischen diesen, ebenso wie eine besonders

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A 18 025/26 - 14 - leichte Montage der Gelenke.

Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf die eben beschriebenen Anwendungs- und Herstellungsmethoden,sondern umfaßt alle Varianten.

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Le e r s e it e

Claims

PATENTANWÄLTE RUFF UND BEIER STUTTGART Oipl.-C.hem. Dr. Ruff 2927900 Neckarstraße Dipl.-In0. J. Beier D-7OOO Stuttgart Tel.: CO7113 22 7OS1* Telex O7-23412 erubd 9.JuIi 1979 Sf/bt A 18 025/26 Anmelderin: Hutchinson-Mapa 2, rue Balzac 75008 Paris - Frankreich Drehgelenk und Verfahren zu seiner Herstellung Ansprüche

1.[ Verfahren zur Herstellung eines Drehgelenks zwischen zwei ineinanderliegenden Teilen unter Zwischenschaltung mindestens einer aus einem Elastomer^ bestehenden Hülse, die an einer aus plastischem Material bestehenden und auf ihrer zum Kontakt mit einem der Teile bestimmten Dreh-Oberfläche mit Riefelungen versehenen Hülse haftet, dadurch gekennzeichnet, daß für die aus plastischem Material bestehende Hülse (5) ein Material wie Polyamid oder PTFE verwendet wird, das chemisch mit dem Elastomer der benachbarten Hülse (3) nicht reagieren kann, und daß zur Herstellung der aus den Hülsen (3, 5) bestehenden Einheit zunächst die aus plastischem Material bestehende Hülse (5) in eine Form (15, 16) eingebracht wird, wo ihre zur Drehung bestimmte Oberfläche in Kontakt mit

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einem Formkern (12) oder einem anderen geriefelten Teil gebracht wird, daß anschließend das Elastomer in einen frei-gelassenen Zwischenraum tun die Hülse (5) eingespritzt wird,und daß Druck und Temperatur während einer ausreichenden Zeitdauer einwirken, so daß zunächst unter ihrem Einfluß ein vorübergehendes Weichwerden der Hülse (5), das ihr die Abbildung der Riefelungen (14) der Form (15,16) erlaubt,und anschließend die Vulkanxsierung des Elastomeres erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das plastische Material bei einer Temperatur von etwa 150° erweicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, mit einer Verformung der inneren Hülse unter dem Einfluß der Temperatur und des Formdruckes der äußeren, aus Elastomer bestehenden Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß diese Temperatur und dieser Druck sich in den Bereichen von etwa 150° bis etwa 200° bzw. 150 bis 200 bar verändern.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Zeitdauer von 5 bis 15 Min.,gerechnet vom Beginn des Formvorganges, die Temperatur und der Druck bei gleichen oder etwa gleichen Werten gehalten werden, und so die Vulkanisierung des Elastomeres gewährleisten.

5. Durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestelltes Gelenk, zur Anwendung zwischen einem inneren und einem äußeren Teil , dadurch gekennzeichnet, daß es eine Baueinheit aus einer inneren, aus Elastomer bestehenden Hülse und einer äußeren aus einem plastischen Material bestehenden Hülse aufweist (Fig.3 u.4).

6. Durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestelltes Gelenk, dadurch gekennzeichnet, daß die auf

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der Dreh-Oberfläche der aus plastischem Material bestehenden Hülse (5) vorzusehenden Vertiefungen und Vorsprünge(7) die Form eines Wabenmusters, Waffelmusters o.dgl, aufweisen.

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