WO1997041361A1 - Kugelgelenk - Google Patents

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WO1997041361A1
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Jürgen RABE
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Sachsenring Automobiltechnik Gmbh
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    • F16C2220/00—Shaping
    • F16C2220/02—Shaping by casting
    • F16C2220/04—Shaping by casting by injection-moulding

Definitions

  • the present invention relates to a ball joint according to the preamble of claim 1.
  • the bearing journal with a plastic bearing shell snapped onto the ball section is inserted into the recess in the ball joint housing, which has an opening at the bottom.
  • a metal plate is then inserted into the opening and the metal plate and, via this, the bearing shell are fastened in the ball joint housing by flanging the protruding edge.
  • the object of the present invention is to simplify the production of ball joints of the type mentioned at the outset, to shorten the assembly time and to reduce the production costs.
  • Fig. 1 shows an embodiment with the bearing shell injected from the bottom and the
  • 1 denotes a ball joint in FIG. 1. It has a ball joint housing 2 which is provided with a recess 3 which is accessible via an opening 2.1. In the recess 3 there is an injected bearing shell 4 made of plastic with a low coefficient of friction. The bearing surface of the bearing shell 4 serves to support a ball 5, which is provided on the pin 6 of a ball pin 7. A fastening means 8 in the form of a laterally projecting flange is provided on the ball joint housing 2.
  • the ball joint 1 is produced in such a way that the ball pin 7 is inserted with its ball 5 into the recess 3 in its intended end position and then the opening 2.1 is closed with a die 9.
  • the closed bottom 2.2 of the ball joint housing 2 is provided with a sprue opening 2.3, via which the plastic mass is injected into the remaining cavity between the inner wall 3.1 of the recess 3 and the through a sprue ram 10 of an injection or injection molding tool, not shown Ball 5 is injected.
  • the bearing shell 4 is formed.
  • its inner wall 3.1 is roughened or grooved or in a suitable manner to impart adhesion.
  • the rough surface that is produced can be left unprocessed, since high accuracy in the manufacture of the inner wall 3.1 is not important.
  • a metal preferably steel or cast steel, serves as the material for the ball joint housing 2.
  • a thermoplastic or duroplastic deformable and then curing plastic is used, which has a low sliding friction.
  • Polyethylene, polypropylene, polyoxymethylene, polyether sulfone, polyether ether ketone or polyamide have proven to be advantageous plastics. However, other suitable plastics can also be used.
  • the material of the bearing shell 4 can consist of a foamed plastic.
  • This foamed plastic can be produced, for example, in such a way that about up to 2% of blowing agent are added to the material which is processed in the injection molding or injection molding process.
  • This plastic foam body also has the property of being able to absorb lubricants, so that a ball joint 1 with permanent lubrication can be obtained. According to the embodiment shown in FIG.
  • the spherical cap section 5.1 is not completely designed as a spherical surface, but instead forms e.g. a more or less flat or conical, possibly also stepped surface 5.2. This usually occurs in the production of the spherical body 5 when the spherical pin 7 with the ball 5 is cut off from the raw material after the machining, in particular is tapped off by turning. If the bearing shell 4 were injected here without a die 10.1, then the ball 5 could no longer be rotated or pivoted only with greater resistance.
  • the opening 2.21 is arranged in this way and the shaping die 10.1 is also arranged and designed in such a way that it at least covers and tightly surrounds the surface 5.2, this effect no longer occurs. This surface area is then no longer sprayed out, so that the ball 5 in the bearing shell 4 can be easily moved on all sides, even if the ball surface is not completely formed.
  • the parting off process or the like is therefore not critical, so that the ball 5 and thus also the ball joint 1 can be produced efficiently and inexpensively.
  • the form punch 10.1 can therefore also be used with advantage in solid balls.
  • at least one or more sprue points 2.3 are preferably attached to the side of the form punch 10.1, as is shown schematically in FIG. 2a with reference to four sprue points 2.3.
  • a sealing O-ring 11 or 12 made of a rubber or of a rubber, preferably by means of the molding tools 9, 10 (FIG. 1) and 10.1 (FIG. 3) Elastomer used or in particular molded in the manufacture of the bearing shell 4.
  • This or these O-ring (s) 11, 12 seal the respective end edge 4.2 of the bearing shell 4 from the outside.
  • the opening 4.1 in the bearing shell 4 obtained by the stamp 10.1 can be made by an inserted, pressed or cast seal, e.g. be closed by an elastomer or a rubber, also in the form of a closed or open-cell foam.
  • a lubricant for example an oil and / or a fat.
  • This compression spring (s) 13 can by a fixed insert 14, z. B. a sealing plug serving as a seal, made of plastic or metal secured and biased against the spherical cap section 5.1.
  • the compression spring (s) 13 ensures that the ball 5 is free of play and prevents or prevents the occurrence of rattling noises and increased wear.
  • the fixing element 14 can be snapped into the base 2.2, pressed in, welded in, glued in and / or crimped. It can also, if necessary additionally, have an external thread and, for example, be designed as a screw-in washer according to FIG. 4.
  • the opening 2.21 can also be filled with oil and / or grease when using compression springs 13.
  • the fixing element 14 can expediently consist of a lubricating nipple 15 that can be screwed in exist, as shown with reference to FIG. 5.
  • the lubricating nipple 15 and the fixing element 14 can also be designed such that the lubricating nipple 15 can be screwed into the fixing element 14.

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Abstract

Ein Kugelgelenk (1) bestehend aus einem Kugelgelenkgehäuse (2) mit angeformten Befestigungsmitteln (8) soll so ausgebildet werden, daß die Herstellung vereinfacht, die Montagezeit verkürzt und die Herstellungskosten gesenkt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Lagerschale (4) aus einem durch eine Angußöffnung (2.3) des Kugelgelenkgehäuses (2) bei eingesetzter Kugel (5) des Lagerzapfens (7) eingespritzten und ausgehärteten Kunststoff-Gieß- oder -Spritzteil besteht.

Description

Kugelgelenk
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Kugelgelenk dieser Art wird in die Aussparung des Kugelgelenkgehäuses, das am Boden eine Öffnung besitzt, der Lagerzapfen mit einer auf den Kugelabschnitt aufgeschnappten Lagerschale aus Kunststoff eingesetzt. Anschließend wird in die Öffnung eine Metallplatte eingelegt und durch Umbördeln des überstehenden Randes die Metallplatte und über diese die Lagerschale im Kugelgelenkgehäuse befestigt.
Hierbei sind sowohl eine Reihe von Fertigungsprozessen für die vier Bauteile als auch eine Reihe von Montagevorgangen durchzuführen. Es ist also eine entsprechend umfangreiche Lagerhaltung für die Einzelbauteile sowie eine Vielzahl von Montageeinrichtungen notwendig.
Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelost werden, die Herstellung von Kugelgelenken der eingangs erwähnten Art zu vereinfachen, die Montagezeit zu verkürzen und die Herstellungskosten zu senken.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen sind nur noch zwei Bauteile notwendig, nämlich das Kugelgelenkgehause und der Kugelzapfen. Die Montage erfolgt durch den Spritzvorgang bei der Herstellung der Lagerschale. Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß die Aussparung des Kugelgelenkgehäuses nicht paßgenau für die Lagerschale ausgebildet sein muß. Vielmehr kann diese unbearbeitet bleiben, so daß beispielsweise die Gußoberfläche bei Verwendung eines gegossenen Kugelgelenkgehäuses unbearbeitet bleiben kann und dies sogar noch den Vorteil mit sich bringt, daß die eingespritzte Lagerschale besser in der Aussparung an der Wand haftet und bereits dadurch gegen Verdrehen oder dgl. gesichert ist. Außerdem wird automatisch die Kugelform der Lagerschale durch die Kugel selbst hergestellt, so daß hierfür keine besondere Spritzform notwendig ist. Auch die Kugel selbst kann eine relativ große Herstellungstoleranz bezüglich ihres Durchmessers aufweisen.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieie näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit vom Boden aus eingespritzter Lagerschale und die
Fig. 2 bis 5 weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 mit 1 ein Kugelgelenk bezeichnet. Es besitzt ein Kugelgelenkgehäuse 2, das mit einer Aussparung 3 versehen ist, die über eine Öffnung 2.1 zugänglich ist. In der Aussparung 3 befindet sich eine eingespritzte Lagerschale 4 aus Kunststoff mit geringem Reibungskoeffizienten. Die Lagerfläche der Lagerschale 4 dient zur Lagerung einer Kugel 5, die am Zapfen 6 eines Kugelzapfens 7 vorgesehen ist. Am Kugelgelenk¬ gehause 2 ist ein Befestigungsmittel 8 in Form eines seitlich abstehenden Flansches vorgesehen.
Die Herstellung des Kugelgelenks 1 erfolgt derart, daß der Kugelzapfen 7 mit seiner Kugel 5 in die Aussparung 3 in seiner vorgesehenen Endlage eingebracht und anschließend die Öffnung 2.1 mit einem Formwerkzeugstempel 9 geschlossen wird. Auf der der Seite 2.1 gegenüberliegenden Seite ist der geschlossene Boden 2.2 des Kugelgelenkgehäuses 2 mit einer Angußöffnung 2.3 versehen, über die durch einen Angußstempel 10 eines nicht näher gezeigten Spritz- oder Spritzgießwerkzeugs die Kunststoffmasse in den verbleibenden Hohlraum zwischen der Innenwand 3.1 der Aussparung 3 und der Kugel 5 eingespritzt wird. Hierdurch wird die Lagerschale 4 gebildet.
Zur guten Verankerung der Lagerschale 4 in der Aussparung 3 ist deren Innenwand 3.1 gerauht oder gerieft oder in sonst geeigneter Weise haftvermittelnd ausgebildet. Wie bereits erwähnt, kann bei der Herstellung des Kugelgelenkgehäuses 2 nach dem Sand-Metallgußverfahren die entstehende rauhe Oberfläche unbearbeitet belassen werden, da es nicht auf eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung der Innenwand 3.1 ankommt.
Als Material für das Kugelgelenkgehäuse 2 dient ein Metall, vorzugsweise Stahl bzw. Gußstahl. Für die Lagerschale 4 wird ein thermoplastisch oder duroplastisch verformbarer und anschließend aushärtender Kunststoff verwendet, der eine geringe Gleitreibung besitzt . Als vorteilhafte Kunststoffe haben sich erwiesen Polyethylen, Polypropylen, Polyoxymethylen, Polyethersulfon, Polyetheretherketon oder Polyamid. Es sind jedoch auch andere geeignete Kunststoffe anwendbar.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Material der Lagerschale 4 aus einem geschäumten Kunststoff bestehen. Dieser geschäumte Kunststoff kann beispielsweise so hergestellt sein, daß dem Material, das im Spritz- oder im Spritzgießprozeß verarbeitet wird, etwa bis zu 2% Treibmittel zugesetzt sind. Dadurch erhält man einen offenporigen oder geschlossenporigen Kunststoff-Schaumstoffkörper, der trotz der Poren noch eine genügend große Festigkeit besitzt und daher eine lange Lebensdauer gewährleistet. Dieser Kunststoff-Schaumstoffkörper hat außerdem die Eigenschaft, Schmiermittel aufnehmen zu können, so daß ein Kugelgelenk 1 mit Dauerschmierung erhalten werden kann. .Gemäß dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Boden 2.2 des Kugelgelenkgehäuses 2 auf dem dem Kugelzapfen 7 gegenüberliegenden Kugelkalottenabschnitt 5.1 bei der Herstellung der Lagerschale 4 durch eine als Bohrung ausgebildete Öffnung 2.21 ein im Angußstempel 10 verschiebbar geführter Formstempel 10.1 gegen die Kugel 5 gepreßt.
Ein besonderer Vorteil der Anwendung des Formstempels 10.1 ist aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Bei den dort gezeigten Kugeln 5 ist der Kugelkalottenabschnitt 5.1 nicht vollständig als Kugelfläche ausgebildet, sondern bildet z.B. eine mehr oder weniger plane oder kegelförmige, gegebenenfalls auch abgestufte Fläche 5.2. Dies tritt bei der Herstellung des Kugelkörpers 5 in der Regel dann auf, wenn der Kugelzapfen 7 mit der Kugel 5 nach der spanabhebenden Bearbeitung vom Rohmaterial abgetrennt, insbesondere durch Drehen abgestochen wird. Würde hier die Lagerschale 4 ohne Formstempel 10.1 gespritzt werden, dann könnte sich die Kugel 5 nicht mehr oder nur mit größerem Widerstand drehen bzw. schwenken lassen. Wird jedoch die Öffnung 2.21 so angeordnet und auch der Formstempel 10.1 derart angeordnet und ausgeführt, daß er zumindest die Fläche 5.2 bedeckt und dicht umschließt, dann tritt dieser Effekt nicht mehr auf. Dieser Flächenbereich wird dann nämlich nicht mehr mit ausgespritzt, so daß die Kugel 5 in der Lagerschale 4 allseitig leicht bewegt werden kann, auch wenn die Kugelfläche nicht voll¬ ständig ausgebildet ist. Durch Anwendung dieser Maßnahme ist daher der Abstechvorgang oder dergleichen unkritisch, so daß die Kugel 5 und damit auch das Kugelgelenk 1 rationell und kostengünstig hergestellt werden kann.
Zusätzlich ist durch den Formstempel 10.1 auch eine gute Fixierung der Kugel 5 im Formwerkzeug gewährleistet . Der Formstempel 10.1 kann daher auch bei Vollkugeln mit Vorteil angewendet werden. Bei Verwendung des Formstempels 10.1 ist bzw. sind vorzugsweise wenigstens eine oder auch mehrere Angußstellen 2.3 seitlich vom Formstempel 10.1 angebracht, wie in der Fig. 2a anhand von vier Angußstellen 2.3 schematisch dargestellt ist. Gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann, vorzugsweise mittels der Formwerkzeuge 9, 10 (Fig. 1) und 10.1 (Fig.3) , ein bzw. je ein Dichtungs-O-Ring 11 bzw. 12 aus einem Kautschuk oder aus einem Elastomer eingesetzt oder insbesondere bei der Herstellung der Lagerschale 4 mit eingeformt werden. Dieser bzw. diese O-Ring(e) 11, 12 dichten den jeweiligen Endrand 4.2 der Lagerschale 4 nach außen hin ab.
Die durch den Formstempel 10.1 erhaltene Öffnung 4.1 in der Lagerschale 4 kann durch eine eingesetzte, eingepreßte oder eingegossene Dichtung, z.B. durch ein Elastomer oder einen Kautschuk, auch in Form eines geschlossen- oder offenporigen Schaumstoffs geschlossen werden. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften der Kugel 5 in der Lagerschale 4 kann bei Verwendung von offenporigem Schaumstoff dieser mit einem Schmiermittel, beispielsweise einem Öl und/oder einem Fett, getränkt bzw. geschmiert sein.
In die Öffnung 2.21 kann auch gemäß Fig. 4 wenigstens eine Druckfeder 13 aus Kunststoff oder insbesondere aus Metall, beispielsweise in Form einer Schraubenfeder oder einer Tellerfeder, angeordnet sein. Diese Druckfeder(n) 13 kann bzw. können durch ein fest einsetzbares Fixierelement 14, z. B. einem als Dichtung dienenden Verschlußstopfen, aus Kunststoff oder Metall lagegesichert und gegen den Kugelkalottenabschnitt 5.1 vorgespannt sein. Die Druckfeder (n) 13 gewährleistet bzw. gewährleisten Spielfreiheit der Kugel 5 und verhindert bzw. verhindern das Entstehen von Klappergeräuschen und von erhöhtem Verschleiß. Das Fixierelement 14 kann in den Boden 2.2 eingeschnappt, eingepreßt, eingeschweißt, eingeklebt und/oder eingebördelt sein. Auch kann es, gegebenenfalls zusätzlich, ein Außengewinde aufweisen und beispielsweise gemäß Fig. 4 als einschraubbare Scheibe ausgebildet sein.
Die Öffnung 2.21 kann auch bei Anwendung von Druckfedern 13 mit Öl und/oder Fett gefüllt sein. Zweckmäßig kann das Fixierelement 14 aus einem insbesondere einschraubbaren Schmiernippel 15 bestehen, wie anhand der Fig. 5 gezeigt ist. Auch können der Schmiernippel 15 und das Fixierelement 14 so ausgebildet sein, daß der Schmiernippel 15 in das Fixierelement 14 eingeschraubt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Kugelgelenk, bestehend aus einem Kugelgelenkgehäuse mit angeformten Befestigungsmitteln, einer in einer Aussparung des Kugelgelenkgehäuses angeordneten Lagerschale aus Kunststoff, in der die Kugel eines Lagerzapfens schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (4) aus einem durch eine Angußöffnung (2.3) des Kugelgelenkgehäuses (2) bei eingesetzter Kugel (5) des Lagerzapfens (7) eingespritzten und ausgehärteten Kunststoff-Gieß- oder -Spritzteil besteht.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (3.1) der Aussparung (3) für die Lagerschale (4) eine rauhe Oberfläche besitzt.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rauhe Oberfläche eine Metallguß-Oberfläche ist.
4. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche Rillen und/oder Riefen besitzt .
5. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenkgehäuse (2) ein einheitliches Bauteil ist.
6. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenkgehäuse (2) aus Gußstahl besteht.
7. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (4) aus einem der Kunststoffe Polyethylen, Polypropylen, Polyoxymethylen, Polyethersulfon, Polyetheretherketon oder Polyamid besteht.
8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (4) aus einem offenporigen oder geschlossenporigen Kunststoff-Schaumstoffkörper besteht.
9. Kugelgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (4) aus einem mit bis zu etwa 2% Treibmittel enthaltenden Kunststoff-Ausgangsmaterial hergestellt ist.
10. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Kugelgelenkgehäuse (2) eine Öffnung (2.21) oder Bohrung vorgesehen ist, durch die beim Formprozeß der Lageschale (4) ein Formstempel (10.1) gegen die Oberfläche der Kugel (5) drückbar ist.
11. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kugel (5) besitzt, deren Kugeloberfläche an einer insbesondere herstellungsbedingten Stelle (5.2) nicht vollständig ausgebildet ist und daß die Öffnung (2.21) für den Formstempel (10.1) derart angebracht ist daß der Formstempel (10.1) beim Formprozeß der Lagerschale (4) diese Stelle (5.2) abdeckt.
12. Kugelgelenk nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (2.21) auf der dem Kugelzapfen (7) gegenüberliegenden Seite im Boden (2.2) des Kugelgelenkgehäuses (2) vorgesehen ist.
13. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (2.21) mit einem Elastomer oder mit einem Kautschuk verschlossen ist.
14. Kugelgelenk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschäumtes, offenporiges Elastomer oder ein entsprechender Kautschuk vorgesehen ist .
15. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an den Endrändern der Lagerschale (4) ein Dichtungs-O-Ring (11 bzw. 12) eingesetzt, insbesondere eingeformt ist .
16. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öffnung (2.21) wenigstens eine Druckfeder (13) , insbesondere eine Schraubenfeder oder Tellerfeder, angeordnet und mittels eines Fixierelements (14) gegen den Kugelkalottenabschnitt (5.1) vorgespannt ist bzw. sind.
17. Kugelgelenk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (14) als Schraubelement ausgebildet ist und die Öffnung (2.21) ein entsprechendes Gewinde besitzt.
18. Kugelgelenk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (14) eingepreßt, eingeschweißt, eingeschnappt, eingeklebt oder eingebördelt ist.
19. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (14) als Schmiernippel (15) ausgebildet ist.
20. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (14) aus Metall besteht.
21. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (14) aus Kunststoff besteht.
22. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (13) aus Metall besteht.
23. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (13) aus Kunststoff besteht.
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