WO2004020848A1 - Folienhinterspritzte kugelschale - Google Patents

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WO2004020848A1
WO2004020848A1 PCT/DE2003/002409 DE0302409W WO2004020848A1 WO 2004020848 A1 WO2004020848 A1 WO 2004020848A1 DE 0302409 W DE0302409 W DE 0302409W WO 2004020848 A1 WO2004020848 A1 WO 2004020848A1
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Frank Budde
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ZF Lemförder Metallwaren AG
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Definitions

  • Bearing cups for ball joints are known, for example, from DE 29617276 Ul.
  • DE 29617276 U1 discloses a ball joint overmolded in a 1-component process, in which the bearing shell is injection molded from a single plastic.
  • this construction gives rise to the problem that when a relatively inexpensive plastic is used, it is either tribologically well suited in an unreinforced form, but then does not have sufficient strength, or only has good strength properties if it has fiber reinforcement.
  • the plastic loses its good tribological properties due to the latter.
  • a method for producing a bearing shell for a ball joint is also known from DE 4108219 C2.
  • DE 4108219 C2 describes a two-component process, in which a sliding layer is first applied to a joint ball. In a further step that is particularly suitable for this purpose, a further layer consisting of a fiber mesh is applied to this layer.
  • the double-coated ball pin is then inserted into an assembly device, which is then inserted into the housing of the ball joint.
  • the two-component plastic is injected so that it is embedded in the fiber that lies against the surface of the joint ball and, after cooling, forms a bearing shell in this combination. After the plastic has hardened, the ball joint is removed from the device and supported with a cover.
  • the disadvantage of this method is the considerable assembly effort, which means that the production is time-consuming, expensive and prone to errors.
  • the separate operation required to apply the fiber braid also causes additional costs.
  • the low pressure process is used for the low-flow backing of foils and textile decorations for the aesthetic cladding of molded plastic parts for the interior cladding of vehicles.
  • the object of the present invention is to provide a bearing shell which, coupled with good strength and creep properties, can be produced simply and inexpensively, together with good tribological properties.
  • the bearing shell according to the invention which can be made in one or more parts, has a reinforced plastic which is encased in the area of the joint ball contact surface by a film.
  • the sheathing advantageously separates the reinforced plastic from direct contact with the joint ball, so that the risk of wear on the joint ball caused by abrasion caused by the fibers or mica added to the reinforcement is reduced. This advantageously results in an increased service life, since protection of the Contact surfaces of the joint ball is realized without having to forego the strength and creep properties favored by the reinforcement.
  • the process for producing the bearing shell according to the invention begins with the insertion of a film into an injection mold. After the tool is closed, the film is back-injected with a plastic, which forms the core of the bearing shell. After the cooling process, a bearing shell is formed which has a film with good tribological properties at least in the area of the contact surface of the joint ball.
  • a plastic which forms the core of the bearing shell.
  • either conventional injection molding or the low pressure process is used.
  • the low-pressure process can be used to manufacture components that are largely free of residual stress and low distortion due to a uniform pressure distribution and comparatively short flow paths. This one-step process proves to be particularly advantageous when processing thermosets. Both conventional injection molding and the low-pressure process can be used to process thermoplastics. Due to the good adhesive properties of thermosets and thermoplastics, the adhesion between film and core is generally not a problem. Film and core adhere to one another without the need for an additional adhesive or further heat treatment.
  • the film and core can advantageously be made from the same base material, thereby reducing the material costs.
  • Thermoplastics often show a tendency to creep under load at high temperatures.
  • the strength values also decrease as the operating temperature increases.
  • the strength and creep properties can be improved by adding fibers, mica, minerals and / or balls in the core of the bearing shell.
  • An individual adjustment to the strength and creep values required according to the load is made possible simply by adding the reinforcing additives to the base material.
  • Thermosets have the property of not creeping under load and have a high temperature resistance. Suitable fillers can also increase strength and reduce thermal expansion.
  • the good tribological properties of the base material and thus also the film used, which is back-injected with the reinforced material prevent abrasive wear on the joint ball of the ball joint, which can result from the friction of additives on the joint ball during operation.
  • the bearing shell has slots in the ceramic area, which enable tolerance compensation of the bearing shell during operation.
  • Another option for tolerance compensation is the installation of a rubber ring below the bearing shell.
  • Figure 1 Cross section through a bottom part of the bearing shell in the tool
  • Figure 2 Exemplary embodiments of a one-piece bottom bracket part
  • Figure 4 bearing shell upper part with pole cap recess
  • FIG. 1 shows a cross section through a lower part 2 of a multi-part bearing shell located in the tool 1.
  • the bearing shell lower part 2 has a film 3 with good tribological properties, which is back-injected with a core 4 serving for reinforcement.
  • a film 3 is first inserted into the tool 1.
  • the film 3 can be preformed in a previous work step, or the shaping can take place only when the film 3 is inserted through the heated upper part of the tool 1.
  • the tool 1 is closed and the film 3 is back-injected with a plastic 4 used for reinforcement.
  • the corresponding plastic is introduced into the closed tool via the sprue 5. Different processes are used depending on the type of plastic to be processed.
  • the back injection of the film is mainly carried out by a conventional injection molding process
  • the back injection by thermosets is mainly carried out using the low pressure process. Due to the good adhesion properties of the plastics used, additional gluing of the film with the back-molded plastic is not necessary.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a tool by means of which it is possible to produce an upper bearing shell part, as also shown in FIG. 4, with a pole cap recess.
  • the special shape of the tool 1 in the form of a projection 9 enables the creation of pole cap recesses 10, into which a ball pin (not shown) is inserted later.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerschale für ein Kugelgelenk, wobei die Lagerschale einen Kern aus Kunststoff (4) aufweist, der von einer Folie (3) zumindest bereichsweise ummantelt ist.

Description

Folienhinterspritzte Kugelschale
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerschale für ein Kugelgelenk insbesondere für Kraftfahrzeuge, das Verfahren zur Herstellung der Lagerschale sowie das Kugelgelenk an sich gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1, 10 und 15.
Lagerschalen für Kugelgelenke insbesondere für Kraftfahrzeuge sind zum Beispiel aus der DE 29617276 Ul bekannt. Die DE 29617276 Ul offenbart ein in einem 1 -Komponenten- Verfahren umspritztes Kugelgelenk, bei dem die Lagerschale aus einem einzigen Kunststoff spritzgusstechnisch erzeugt wird. Aus dieser Bauweise ergibt sich in der Praxis das Problem, dass bei Einsatz eines relativ günstigen Kunststoffes dieser entweder in unverstärkter Form tribologisch gut geeignet ist, dann jedoch keine genügende Festigkeit aufweist, oder nur dann gute Festigkeitseigenschaften besitzt, wenn er eine Faserverstärkung aufweist. Durch Letztere büßt der Kunststoff allerdings seine guten tribologischen Eigenschaften ein. Außerdem besteht die Gefahr des erhöhten Verschleißes durch direkten Kontakt und damit begünstigte Abrasion an der Gelenkkugel des Kugellagers durch die zur Verstärkung in den Kunststoff eingefügten Zusätze. Abhilfe könnte ein Werkstoff mit guten mechanischen und gleichzeitig guten tribologischen Werkstoffeigenschaften schaffen, der jedoch nachteilig sehr teuer ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Lagerschale für ein Kugelgelenk ist ferner aus der DE 4108219 C2 bekannt. Die DE 4108219 C2 beschreibt ein 2-Komρonenten-Verfahren, bei dem zunächst eine Gleitschicht auf eine Gelenkkugel aufgebracht wird. In einem weiteren besonders dafür geeigneten Arbeitsgang wird auf diese Schicht eine weitere Schicht, bestehend aus einem Fasergeflecht, aufgebracht. Danach wird der so zweifach beschichtete Kugelzapfen in eine Montagevorrichtung eingesetzt, die dann in das Gehäuse des Kugelgelenkes eingesetzt wird. Der Zweikomponenten-Kunststoff wird eingespritzt, so dass dieser das an der Oberfläche der Gelenkkugel anliegende Fasergefiecht in sich einbettet und nach Auskühlung in dieser Kombination eine Lagerschale bildet. Nach dem Aushärten des Kunststoffes wird das Kugelgelenk aus der Vorrichtung entfernt und mit einem Deckel abgestützt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der erhebliche Montageaufwand, wodurch die Herstellung zeitaufwendig, teuer und fehleranfällig ist. Auch der zur Aufbringung des Fasergeflechts notwendige separate Arbeitsgang verursacht zusätzliche Kosten.
Das Niederdruckverfahren wird zum fließarmen Hinterfüttern von Folien und Textildekoren zur ästhetischen Verkleidung von Kunststofformteilen für Innenverkleidungen von Fahrzeugen angewendet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lagerschale bereitzustellen, die bei guten Festigkeits- und Kriecheigenschaften gekoppelt mit guten tribologischen Eigenschaften einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Lagerschale sowie einem Verfahren gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 10 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lagerschale, welche sowohl ein- als auch mehrteilig ausgeführt sein kann, weist einen verstärkten Kunststoff auf, der im Bereich der Gelenkkugelanlagefläche von einer Folie ummantelt ist. Durch die Ummantelung wird der verstärkte Kunststoff vorteilhaft von einem direkten Kontakt mit der Gelenkkugel getrennt, so dass die Gefahr des Verschleißes, der durch von den zur Verstärkung hinzugegebenen Fasern oder Glimmern hervorgerufenen Abrieb an der Gelenkkugel entstehen kann, verringert wird. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft eine erhöhte Lebensdauer, da ein Schutz der Anlagefiächen der Gelenkkugel realisiert wird, ohne dass auf die durch die Verstärkung begünstigten Festigkeits- und Kriecheigenschaften verzichtet werden muss.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Lagerschale beginnt mit einem Einlegen einer Folie in ein Spritzgießwerkzeug. Nachdem das Werkzeug geschlossen ist, wird die Folie mit einem Kunststoff hinterspritzt, welcher den Kern der Lagerschale bildet. Nach dem Abkühlvorgang entsteht so eine Lagerschale die zumindest im Bereich der Anlagefläche der Gelenkkugel eine Folie mit guten tribologischen Eigenschaften aufweist. Je nachdem, welcher Kunststoff verarbeitet wird, kommt entweder das herkömmliche Spritzgießen oder das Niederdruckverfahren zum Einsatz. Durch das Niederdruckverfahren lassen sich vorteilhaft weitestgehend eigenspannungsfreie und verzugsarme Bauteile aufgrund einer gleichmäßigen Druckverteilung und vergleichsweise geringer Fließwege herstellen. Besonders vorteilhaft erweist sich dieses einstufige Verfahren bei der Verarbeitung von Duroplasten. Bei der Verarbeitung von Thermoplasten können sowohl das herkömmliche Spritzgießen als auch das Niederdruckverfahren zum Einsatz kommen. Aufgrund der guten Klebeigenschaften von Duroplasten bzw. Thermoplasten stellt die Haftung zwischen Folie und Kern in der Regel kein Problem dar. Folie und Kern haften aneinander, ohne einen zusätzlichen Klebstoff oder eine weitere Wärmebehandlung zu benötigen.
Folie und Kern können vorteilhaft aus dem gleichen Grundmaterial gefertigt sein, wodurch die Materialkosten gesenkt werden. Thermoplaste zeigen unter Last bei großen Temperaturen häufig Kriechneigung. Auch die Festigkeitswerte sinken bei Zunahme der Betriebstemperatur. Durch Zusätze von Fasern, Glimmern, Mineralen und/oder Kugeln im Kern der Lagerschale können die Festigkeits- und Kriecheigenschaften verbessert werden. Ein individuelles Anpassen an die entsprechend der Belastung geforderten Festigkeits- und Kriechwerte wird einfach durch die Menge der Zumischung der verstärkend wirkenden Zusätze in das Grundmaterial möglich. Duroplaste haben die Eigenschaft, unter Belastung nicht zu kriechen und weisen eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Durch geeignete Füllstoffe kann zudem die Festigkeit gesteigert und die thermische Ausdehnung verringert werden. Die guten tribologischen Eigenschaften des Grundmaterials und damit auch der eingesetzten, mit dem verstärkten Material hinterspritzten Folie vermeiden abrasiven Verschleiß an der Gelenkkugel des Kugelgelenks, der durch Reibung von Zusätzen an der Gelenkkugel im Betrieb entstehen kann.
In einer weiter ausgebildeten Ausführungsform weist die Lagerschale im Kerribereich Schlitze auf, die einen Toleranzausgleich der Lagerschale im Betrieb ermöglichen. Eine weitere Möglichkeit des Toleranzausgleichs bietet die Montage eines Gummirings unterhalb der Lagerschale.
Im folgenden werden mögliche Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 : Querschnitt durch ein im Werkzeug befindliches Lagerschalenunterteil;
Figur 2: Ausführungsbeispiele für ein einteiliges Lagerschalenunterteil;
Figur 3 : Fertigung eines Lagerschalenoberteils mit Polkappenaussparung;
Figur 4: Lagerschalenoberteil mit Polkappenaussparung;
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein im Werkzeug 1 befindliches Lagerschalenunterteil 2 einer mehrteiligen Lagerschale. Das Lagerschalenunterteil 2 weist eine Folie 3 mit guten tribologischen Eigenschaften auf, die mit einem der Verstärkung dienenden Kern 4 hinterspritzt ist. Zur Herstellung des Lagerschalenunterteils 2 wird zunächst eine Folie 3 in das Werkzeug 1 eingelegt. Dabei kann die Folie 3 in einem vorangehenden Arbeitsschritt vorgeformt sein, oder die Formgebung erst beim Einsetzen der Folie 3 durch das beheizte obere Teil des Werkzeuges 1 erfolgen. Nachdem die Folie 3 in das Werkzeug 1 eingesetzt ist, wird das Werkzeug 1 verschlossen und die Folie 3 durch einen zur Verstärkung dienenden Kunststoff 4 hinterspritzt. Dazu wird der entsprechende Kunststoff über den Anguß 5 in das geschlossene Werkzeug eingeleitet. Je nach Art des zu verarbeitenden Kunststoffes kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Bei der Verarbeitung von Thermoplasten wird die Hinterspritzung der Folie vorwiegend durch ein herkömmliches Spritzgußverfahren realisiert, die Hinterspritzung durch Duroplaste erfolgt vorwiegend mit dem Niederdruckverfahren. Aufgrund der guten Haftungseigenschaften der eingesetzten Kunststoffe ist ein zusätzliches Verkleben der Folie mit dem hinterspritzten Kunststoff nicht notwendig.
Figur 2 zeigt verschiedene Ausführungsformen eines nach Figur 1 gefertigten Lagerschalenunterteils. Je nach Form des Werkzeuges kann der Boden des Lagerschalenunterteils eckig 6 oder rund 7 ausgeführt sein. An das Lagerschalenunterteil kann im oberen Bereich der Lagerschale ein nach außen gerichteter umlaufender Kragen 8 angeformt sein. Dieser dient als Auflagefläche der in einem weiteren Schritt aufzusetzenden Oberschale. Nicht dargestellt können Schlitze im Bereich der Hinterspritzung, also im Bereich des verstärkten Kunststoffes, einen zusätzlichen Toleranzausgleich hervorrufen. Je nach Anordnung der Schlitze kann es notwendig sein, mehrere Angußpunkte vorzusehen.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeuges durch welches es möglich wird, ein Lagerschalenoberteil, wie es auch in Figur 4 dargestellt ist, mit Polkappenaussparung herzustellen. Die spezielle Formgebung des Werkzeuges 1 in Form eines Vorsprunges 9 ermöglicht die Erzeugung von Polkappenaussparungen 10, in die im späteren Verlauf ein nicht dargestellter Kugelzapfen eingesetzt wird.
Nicht dargestellt ist die Herstellung einer einteiligen Lagerschale. Durch entsprechende Ausformung des Werkzeuges mit entsprechender Foliengestaltung ist die Herstellung einer einteiligen Lagerschale auch möglich. Bezugszeichenliste
Werkzeug Lagerschalenunterteil Folie hinterspritzter Kunststoff Anguß Lagerschalenunterteil mit eckigem Boden Lagerschalenunterteil mit rundem Boden umlaufender Kragen Vorsprung Werkzeug Polkappenaussparung Lagerschalenoberteil

Claims

Folienhinterspritzte KugelschalePatentansprüche
1. Lagerschale für ein Kugelgelenk, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale einen Kern aus Kunststoff (4) aufweist, der von einer Folie (3) zumindest bereichsweise ummantelt ist.
2. Lagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) und der weitere Kunststoff (4) aus dem gleichen Grundmaterial bestehen.
3. Lagerschale nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale mehrteilig ausgeführt ist, wobei mindestens ein Teil einen Kern aus Kunststoff (4) aufweist, der von einer Folie (3) zumindest bereichsweise ummantelt ist.
4. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale ein Lagerschalenunterteil (2) und ein Lagerschalenoberteil (11) aufweist, wobei das Lagerschalenunterteil (2) und/oder das Lagerschalenoberteil (11) einen Kern aus Kunststoff (4) aufweist, der von einer Folie (3) zumindest bereichsweise ummantelt ist.
5. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4) zur Verstärkung der Lagerschale Zusätze im Kunststoff insbesondere in Form von Glimmer, Fasern und/oder Kugeln aufweist.
6. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) aus einem unverstärkten Kunststoff mit insbesondere geeigneten tribologischen Zusätzen ist.
7. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Duroplast oder ein Thermoplast ist.
8. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschalenunterteil (2) und/oder Lagerschalenoberteil (11) toleranzausgleichende Schlitze im Kern (4) aufweist.
9. Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschalenoberteil (11) Aussparungen (10) im Polbereich aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt die Folie (3) in ein Werkzeug (1) eingelegt und in einem zweiten Verfahrensschritt mit Kunststoff (4) hinterspritzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterspritzung (4) durch einen Spritzgußprozeß oder durch ein Niederdmckverarbeitungsverfahren erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) in einem vorausgehenden Schritt vorgeformt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung der Folie (3) durch das Werkzeug (1) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Folie (3) formgebende Teil des Werkzeuges (1) beheizt ist.
15. Kugelgelenk unter Verwendung der Lagerschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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