DE102012002913A1

DE102012002913A1 - Montagespritzgussverfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks unter Verwendung eines Füllteils

Info

Publication number: DE102012002913A1
Application number: DE201210002913
Authority: DE
Inventors: Stephan Geise
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-12
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2012-09-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks (10; 20) für die Kolbenanordnung einer hydrostatischen Kolbenmaschine, wobei das Kugelgelenk ein Kugelteil (10) und ein Pfannenteil (20) aufweist, wobei das Kugelteil (10) eine Kugel (11) aufweist, die eine Hinterschneidung (12) bildet, wobei das Pfannenteil (20) an die Kugel (11) angepasst ist, wobei es in die Hinterschneidung (12) eingreift. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren folgende Schritte: – Herstellen des Kugelteils (10); – Auffüllen der Hinterschneidung (12) des Kugelteils (10) mit einem gesonderten ersten Füllteil (30), so dass die Hinterschneidung (12) der Kugel (11) bereichsweise ausgefüllt ist; – Einlegen des Verbundes aus Kugelteil (10) und erstem Füllteil (30) in eine erste Gussform (40), welche das Pfannenteil (20) abbildet; – Füllen der ersten Gussform (40) mit einem flüssigen ersten Kunststoff, der unter Druck steht; – Aushärten des ersten Kunststoffes; – Entformen des Kugelgelenks bestehend aus Kugel- und Pfannenteil (10, 20); – Entfernen des ersten Füllteils (30) vom Kugelgelenk.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, weiter eine Kolbenanordnung mit einem Kugelgelenk, die nach diesem Verfahren hergestellt werden kann und ein Füllteil, das bei der Ausführung dieses Verfahrens zur Anwendung kommt.
Aus der DE 10 2004 060 945 A1 ist ein Kugelgelenk bekannt, das für die Kolbenanordnung einer hydrostatischen Kolbenmaschine, insbesondere eines Schrägscheibenmotors oder eines Schrägachsenmotors bzw. der entsprechenden Pumpe verwendet wird. Die beiden Teile des Kugelgelenkes, nämlich das Kugelteil mit der Kugel und das angepasste Pfannenteil bilden gleichzeitig den Kolben bzw. den Gleitschuh der Kolbenanordnung. Dabei kann das Kugelteil wahlweise als Kolben oder als Gleitschuh ausgebildet sein. Entsprechendes gilt für das Pfannenteil. Bei der DE 10 2004 060 945 A1 besteht der Gleitschuh aus einem thermoplastischen Kunststoff, nämlich verstärktem PEEK. Derartige Kunststoffe zeigen beim Erstarren eine vergleichsweise große Schwindung. Das entsprechende Kugelgelenk klemmt daher oder hat zuviel Spiel. Der Gleitschuh ist nicht genau genug ausgeformt, so dass der dortige Leckölstrom groß ist. Weiter verliert das Metallteil durch die hohen Temperaturen beim Thermoplast-Spritzgießen an Härte.
Aus der DE 26 01 345 C2 ist ein Kugelgelenkt bekannt, bei dem sowohl das Kugelteil als auch das Pfannteil aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen. Dieses Kugelgelenk ist im Montagespritzgussverfahren hergestellt, d. h. es wird zuerst das Kugelteil gesondert im Spritzgussverfahren hergestellt. Dieses Kugelteil wird in die Gussform des Pfannenteils eingelegt, wobei diese anschließend mit flüssigem Kunststoff gefüllt wird. Die Kugel des Kugelteils bildet also einen Teil der Gussform für das Pfannenteil. Dementsprechend genau ist die Pfanne an die Kugel angepasst. Im Ergebnis erhält man ein einbaufertig montiertes Kugelgelenk. Das Kugelteil kann vor dem Umspritzen mit einen Teflonspray behandelt werden, damit Kugel- und Pfannenteil nicht aneinander haften und damit sich ein genügend großes Spiel zwischen Kugel- und Pfannenteil einstellt, so dass das Kugelgelenk niht klemmt.
Man könnte nun daran denken auch den Kolben der Kolbenanordnung aus Kunststoff herzustellen. Dieser muss bei einer hydrostatischen Kolbenmaschine jedoch sehr genau ausgeführt sein, damit der Zylinderraum der hydrostatischen Kolbenmaschine druckdicht ist. Die erforderliche Genauigkeit lässt sich mit einem Thermoplast nicht erreichen. Demgegenüber sind Duroplaste bekannt, die beim Aushärten praktisch keine Formänderung zeigen bzw. deren Formänderung so reproduzierbar erfolgt, dass diese bei der Ausgestaltung der Gussform berücksichtigt werden kann. Beispielhaft seien Bulk Molding Compound (BMC) oder Phenolformmasse (PF) genannt. Diese Kunststoffe weisen jedoch eine sehr niedrige Viskosität auf, wenn sie in die Gussform eingefüllt werden. Es kommt daher sehr leicht zur Bildung von sogenannten Schwimmhäuten an dem Spritzgussbauteil. Diese entstehen, wenn flüssiger Kunststoff in die Trennfugen der verschiedenen Werkzeugteile eindringt. Dieses Problem wird noch dadurch verstärkt, dass das Kugel- und das Pfannenteil Hinterschneidungen aufweisen, welche gesonderte Schieber in der Gussform erforderlich machen, wodurch die Anzahl der Trennfugen weiter ansteigt. Die genannten Schwimmhäute behindern die Beweglichkeit des Kugelgelenks und können nachträglich nicht ohne weiteres so entfernt werden, dass die erforderliche Druckdichtigkeit der Kolbenanordnung bzw. der hydrostatischen Kolbenmaschine gewährleistet ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Montagespritzgussverfahren für das Kugelgelenk einer Kolbenanordnung einer hydrostatischen Kolbenmaschine bereitzustellen, welches insbesondere für die Verwendung niedrigviskoser Duroplaste geeignet ist. Namentlich sollen die genannten Schwimmhäute vermieden werden. Darüber hinaus soll die entsprechende Gussform so einfach aufgebaut sein, dass mehrere Kugelgelenke in einem einzigen Verfahrensdurchlauf gefertigt werden können. Eine derartige Gussform wird auch als Mehrkavitätenwerkzeug bezeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem selbständigen Anspruch gelöst, welches folgende Schritte umfasst:

– Herstellen des Kugelteils;
– Auffüllen der Hinterschneidung des Kugelteils mit einem gesonderten ersten Füllteil, so dass die Hinterschneidung der Kugel bereichsweise ausgefüllt ist;
– Einlegen des Verbundes aus Kugelteil und erstem Füllteil in eine erste Gussform, welche das Pfannenteil abbildet;
– Füllen der ersten Gussform mit einem flüssigem ersten Kunststoff, der unter Druck steht;
– Aushärten des ersten Kunststoffes;
– Entformen des Kugelgelenks bestehend aus Kugel- und Pfannenteil;
– Entfernen des ersten Formteils vom Kugelgelenk.

Die erfindungsgemäße Neuerung besteht in dem ersten Füllteil, welches die Hinterschneidung der Kugel bereichsweise auffüllt. Das erste Füllteil bildet das Pfannenteil teilweise ab, wobei es im Übrigen von der ersten Gussform abgebildet wird. Da der Verbund aus Kugelgelenk und erstem Formteil keine Hinterschneidungen aufweist, kann auf entsprechende Schieber in der ersten Gussform verzichtet werden. Die erste Gussform ist dementsprechend einfach aufgebaut und kann problemlos mit mehreren formgebenden Hohlräumen zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Kugelgelenke versehen werden.
Das gesonderte erste Füllteil kann hinsichtlich seiner Materialeigenschaften und Abmessung so ausgelegt werden, dass es so dicht an der zugeordneten Gussform anliegt, dass kein dünnflüssiges Duroplast in die entsprechenden Trennfugen gelangen kann. Die Entstehung von Schwimmhäuten wird damit vermieden.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
Der erste Kunststoff kann in die erste Gussform von der dem Kugelteil gegenüberliegenden Seite her, vorzugsweise druckgeregelt, eingefüllt werden. Im Bereich des Angusses ist eine geringere Genauigkeit und Gleichförmigkeit des Pfannenteils zu erwarten. Dies wäre im Bereich des Eingriffs zwischen Kugel und Pfannen besonders störend. Die Bruchstelle wurde daher maximal weit entfernt von diesem genannten Eingriff angeordnet. Das Einfüllen des ersten Kunststoffes findet vorzugsweise druckgeregelt statt, damit die Belastungen der Einbauten der Gussform klein sind. Hierdurch soll vermieden werden, dass sich das erste Füllteil übermäßig verformt, so dass keine Schwimmhäute entstehen. Weiter kann das Pfannenteil dünne Kanäle zur Leitung von Hydraulikflüssigkeit aufweisen. Die entsprechenden dünnen Nadeln an der ersten Gussform könnten durch übergroße Einströmgeschwindigkeiten verbogen werden, die durch die Druckregelung vermieden werden. Darüber hinaus ermöglicht diese Anordnung der Bruchstelle, dass mehrere formgebende Hohlräume in der ersten Gussform angeordnet werden können. Weiter können Lunker in dem Pfannenteil vermieden werden.
Das Kugelteil kann Span abhebend aus Metall hergestellt sein. Vorzugsweise wird der Kolben der Kolbenanordnung aus Metall hergestellt, da dieses besonders genau gefertigt werden muss.
Demgegenüber ist es jedoch bevorzugt, wenn auch das Kugelteil aus Kunststoff besteht, weil ein derartiges Kugelteil kostengünstiger als eines aus Metall ist. Zu dessen Herstellung wird folgendes Verfahren vorgeschlagen:

– Einlegen eines gesonderten zweiten Füllteils, welches die Hinterschneidung des Kugelteils vollständig ausfüllt, in eine zweite Gussform, welche das Kugelteil abbildet;
– Füllen der zweiten Gussform mit einem flüssigen zweiten Kunststoff, der unter Druck steht;
– Aushärten des zweiten Kunststoffes;
– Entformen des Kugelteils.

Auch hier kommt ein Füllteil zum Einsatz, das jedoch etwas anders ausgeformt als das erste Füllteil ist, da es die gesamte Hinterschneidung am Kugelteil ausfüllen muss. Die Vorteile des zweiten Formteils sind dieselben, wie diejenigen des ersten Formteils, so dass auf die obenstehenden Ausführungen verwiesen werden kann.
Der zweite Kunststoff kann in die zweite Gussform von der dem zweiten Füllteil gegenüberliegenden Seite her, vorzugsweise druckgeregelt, eingefüllt werden. Hier bestehenden die gleichen Vorteile, die bereits für den Anguss an der ersten Gussform genannt wurden.
Das erste und/oder das zweite Füllteil kann einstückig in Form eines Ringes mit einem in radialer Richtung verlaufenden Schlitz ausgebildet sein, wobei es aus flexiblem Material besteht. Obwohl grundsätzlich auch mehrstückige Füllteile in Betracht kommen, sind einstückige Füllteile wegen der geringeren Herstellkosten bevorzugt. Das Füllteil muss das Kugelteil ringförmig umgeben, damit dieses die Kugel im Bereich der Hinterschneidung abbilden kann. Damit dieser Ring vom Kugelteil abgenommen werden kann, ist er mit einem radialen Schlitz versehen. Gleichzeitig ist das Material des Füllteils so flexibel, dass es genügend weit elastisch verbogen werden kann, um die Demontage zu ermöglichen. Damit wird das Füllteil bei der Demontage nicht beschädigt, so dass es mehrfach wiederverwendet werden kann, um Kosten zu sparen.
Das erste und/oder das zweite Füllteil kann aus einem thermoplastischen, auf Fluor basierenden Kunststoff, vorzugsweise Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA), bestehen. Bei der Auswahl des Werkstoffes für das Füllteil ist zu berücksichtigen, dass dieses kostengünstig hergestellt werden kann. Daher wurde ein Thermoplast ausgewählt, um das Füllteil im Sprilzgussverfahren herzustellen. Weiter darf das Füllteil nicht an dem Kugelgelenk oder dessen Gussform anhaften, so dass problemlos von diesem demontiert werden kann. Weiter muss das Füllteil die für die Aushärtung des Duroplasts des Kugelgelenks notwendigen Temperaturen ertragen können, ohne dass es zu maßlichen Veränderungen kommt. Zuletzt muss das Füllteil die oben erwähnte Flexibilität aufweisen. Bei den wegen ihrer geringen Schwindung beim Aushärten besonders bevorzugten Duroplaste Bulk Molding Compound oder Phenolformmasse treten beim Aushärten Werkzeugtemperaturen von ca. 170°C auf. All diesen Anforderungen werden auf Fluor basierende Kunststoffe besonders gerecht. Als besonders geeignet hat sich Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA) herausgestellt.
Das erste und/oder das zweite Füllteil kann bei Raumtemperatur im Wesentlichen spielfrei an die zugeordnete Gussform angepasst sein, wobei es einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die zugeordnete Gussform, wobei die Gussform vor dem Befüllen mit Kunststoff vorgewärmt wird. Das ringförmige, geschlitzte Füllteil dehnt sich durch die Erwärmung aus, so dass es unter Vorspannung an der zugeordneten Gussform anliegt. Hierdurch wird der Schlitz vollständig geschlossen. Weiter werden die Trennfugen zur Gussform komplett abgedichtet, so dass kein dünnflüssiges Duroplast eindringen kann. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass das Füllteil elastisch ist, so dass es sich unter Einwirkung der Vorspannkräfte so lange verformt, bis die genanten Spalte vollständig verschlossen sind. Dieser Effekt ist maßgeblich dafür verantwortlich, dass das Kugelgelenk nach dem Spritzgießen keine Schwimmhäute aufweist.
Das fertige Kugelgelenk kann über eine vorgegebene Zeit einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur ausgesetzt werden, um durch Nachvernetzung des Duroplasts das gewünschte Spiel im Kugelgelenk einzustellen. Hierfür kann das Kugelgelenk einem Temperofen zugeführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
1 einen grobschematischen Querschnitt der ersten Gussform mit dem ersten Füllteil;
2 einen grobschematischen Querschnitt der zweiten Gussform mit dem zweiten Füllteil;
3 eine perspektivische Ansicht eines Füllteils; und
4 eine perspektivische Schnittansicht des Füllteils nach 3.
1 zeigt die erste Gussform 40 mit dem ersten Füllteil 30 zur Herstellung des fertigen Kugelgelenks bzw. der fertigen Kolbenanordnung 10; 20. Hierbei ist anzumerken, dass die erste und die zweite Gussform gemäß der Reihenfolge der Erwähnung in den Ansprüchen und nicht gemäß dem zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens benannt wurden. Weiter ist anzumerken, dass die Erfindung im Folgenden anhand eines Beispiels beschrieben wird, bei dem der Gleitschuh das Kugelteil 10 und der Kolben das Pfannenteil 20 ist. Gleichwohl können die Verhältnisse auch umgekehrt sein.
Die erste Gussform 40 umfasst ein Hauptteil 44, in dem beispielsweise acht identische formgebende Hohlräume 41 gleichmäßig verteilt entlang eines Kreises angeordnet sind, wobei in 1 nur einer dieser formgebenden Hohlräume exemplarisch dargestellt ist. Die dünnflüssige Duroplastmasse, nämlich Bulk Molding Compound oder Phenolformmasse, wird mittig in dem genannten Kreis zugeführt und in einem sternförmigen Anguss 42 zu den einzelnen formgebenden Hohlräumen 41 verteilt. Am Übergang zwischen dem Anguss 42 und dem Kolben bzw. dem Pfannenteil 20 ist eine Bruchstelle 43 mit geringer Querschnittsfläche vorgesehen. Die genannte Querschnittsfläche ist so ausgelegt, dass der Kolben 20 leicht vom Anguss 42 abgebrochen werden kann, wobei gleichzeitig der formgebende Hohlraum 41 in einer möglichst kurzen Zeit gefüllt werden kann. Am Anguss 42 ist weiter ein Drucksensor 49 zur Bestimmung des Flüssigkeitsdruckes der dünnflüssigen Duroplastmasse vorgesehen, damit diese druckgeregelt in die erste Gussform 40 eingefüllt werden kann. Der Drucksensor 49 kann mit einer dünnen Dichtmembran abgedeckt sein, um Fehlmessungen zu vermeiden. Der Fülldruck wird so ausgewählt, dass sich der formgebende Hohlraum 41 vollständig, gleichmäßig und schnell füllt, wobei die Strömungskräfte auf die dort befindlichen Einbauten in jedem Fall so gering sind, dass diese nicht beschädigt, beispielsweise verbogen werden. Aufgrund der geringen Viskosität der Duroplastmasse kann der Einfülldruck von vorneherein klein gewählt werden. Der Anguss 42 befindet sich auf der von dem Kugelteil 10 abgewandten Seite der ersten Gussform 40, damit der Kugelgelenkeingriff durch die Einströmvorgänge am Anguss 42 möglichst wenig gestört wird.
Der formgebende Hohlraum 41 im Hauptteil 44 der ersten Gussform ist kreiszylindrisch ausgebildet, so dass der Kolben 20 ebenfalls kreiszylindrisch ist. Hierbei ist anzumerken, dass es für die Funktion der hydrostatischen Kolbenmaschine von entscheidender Bedeutung ist, dass diese Zylinderform sehr genau hergestellt wird. Sie ist daher an einem einzigen Teil, nämlich dem Hauptteil 44 der ersten Gussform 40 vorgesehen.
Die Innenform 21 das Kolbens 20 wird von einem ersten Verschluss 46 abgebildet, der den formgebenden Hohlraum 41 im Hauptteil 44 gleichzeitig von der in 1 rechten Seite her flüssigkeitsdicht verschließt. Die in 1 dargestellte Innenform 21 des Kolbens 20 ist weitgehend im Sinne eines beliebigen Ausführungsbeispiels zu verstehen. Das entscheidende Konstruktionsdetail ist die Größe des freien Querschnitts 22 im Bereich des Übergangs zum Kugelteil 10 bzw. zum Gleitschuh. Beim Betrieb der hydrostatischen Kolbenmaschine wird Hydrauliköl vom Inneren 21 des Kolbens 20 über den Hydraulikkanal 13 im Gleitschuh 10 zur Gleitfläche 15 gefördert, so dass sich an der Gleitfläche 15 ein hydrostatischer Schmierfilm ausbildet. Die Gleitfläche 15 ist hierfür (abweichend von der Darstellung) mit einer besonders ausgelegten Oberflächenform ausgebildet. Die Flüssigkeitsübertragungsverbindung muss dabei unabhängig von der Winkelstellung zwischen Kolben 20 und Gleitschuh 10 bestehen. Daher ist an der Kugel 11 des Gleitschuhs 10 eine Senkung 14 vorgesehen, welcher der genannte freie Querschnitt 22 am Kolben 20 gegenüber steht. Die Senkung 14 und der freie Querschnitt 22 überdecken sich in jeder Stellung des Kugelgelenks 11; 20 wenigstens teilweise.
Das kreisringförmige erste Füllteil 30 wird auf den vorgefertigten Gleitschuh 10 montiert. Dieser Verbund wird sodann in den zweiten Verschluss 47 der ersten Gussform 40 eingesetzt. Der zweite Verschluss 47 mit dem Kugelteil 10 und dem ersten Füllteil 30 wird anschließend gegen den Hauptteil 44 der ersten Gussform 40 gedrückt, bis der dortige formgebende Hohlraum 41 flüssigkeitsdicht verschlossen ist. Hierbei ist anzumerken, dass das erste Füllteil 30, wie in 3 und 4 dargestellt, als geschlitzter Ring aus einem elastischen Material ausgeführt ist, so dass es problemlos auf das Kugelteil 10 montiert werden kann. Es bildet nur einen kleinen Bereich der Kugel 11 des Kugelteils 10 ab, nämlich denjenigen Bereich, der den Bewegungsweg des Kugelgelenks 10; 20 definiert. Das erste Füllteil 30 ist bei Raumtemperatur im Wesentlichen spielfrei an eine kreiszylindrische Ausnehmung 45 im Hauptteil 44 der ersten Gussform 40 angepasst. Die erste Gussform 40 wird jedoch während des Spritzgussvorgangs auf etwa 170°C vorgewärmt, wobei sich das erste Füllteil 30 aus Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA) stärker ausdehnt als das Hauptteil 44 der ersten Gussform 40 aus Stahl. Folglich ist das erste Füllteil 30 unter Vorspannung in der zylindrischen Aufnehmung 45 aufgenommen, wobei es gleichzeitig gegen das Kugelteil 10 drückt. Somit sind sämtliche Trennfugen zwischen dem Hauptteil 44, dem ersten Füllteil 30 und dem Kugelteil 10 dicht verschlossen. Gleiches trifft auf den radialen Schlitz im ersten Füllteil 30 zu.
Hinzuweisen ist noch auf die Abdichtung im Bereich der Senkung 14 am Kugelteil 10. Dort ist im ersten Verschluss 46 ein Dichtring 48 vorgesehen, der als Abdichtnormalie beispielsweise von der Fa. Hasco bezogen werden kann. Damit ist der formgebende Hohlraum 41 auch an dieser Stelle flüssigkeitsdicht abgeschlossen.
Nachdem die erste Gussform 40 verschlossen ist, wird die dünnflüssige Duroplastmasse druckgeregelt in den formgebenden Hohlraum 41 eingefüllt. Durch die Temperatur der ersten Gussform von etwa 170°C härtet die bei Raumtemperatur stabile Duroplastmasse schnell aus. Die bevorzugten Duroplaste Bulk Molding Compound oder Phenolformmasse zeigen dabei eine geringe Schwindung, so dass das fertige Kugelgelenk 10; 20 nicht klemmt. Um ein Anhaften des Pfannenteils 20 am Kugelteil 10 zu verhindern, kann das Kugelteil 10 vor dem Einsetzen in die erste Gussform 40 mit einem Trennmittel beispielsweise Teflon besprüht werden. Über die Schichtdicke des Trennmittels kann darüber hinaus das Spiel des Kugelgelenks 10; 20 eingestellt werden, welches gerade so klein sein sollte, dass eine reibungsarme Beweglichkeit gegeben ist.
Nach dem Öffnen der ersten Gussform 40 kann der Verbund aus Kugelgelenk 10; 20 und erstem Füllteil 30 in 1 nach rechts aus dem Hauptteil 44 ausgeworfen werden, wobei der Anguss 42 an der Bruchstelle 43 abgetrennt wird. Dies ist allein deshalb möglich, weil der genannte Verbund wegen des ersten Füllteils 30 keine Hinterschneidungen aufweist, welche die Auswurfbewegung behindern könnten. Nachdem der genannte Verbund aus der ersten Gussform 40 entnommen wurde, kann das erste Füllteil 30 vom Kugelgelenk 10; 20 abgenommen und ein weiteres Mal zum Spritzgießen verwendet werden.
2 zeigt einen grobschematischen Querschnitt der zweiten Gussform 60 mit dem zweiten Füllteil 31 zur Herstellung des Kugelteils 10. Die zweite Gussform 60 umfasst wiederum einen Hauptteil 64 mit mehreren formgebenden Hohlräumen 61, die gleichmäßig entlang eines Kreises angeordnet sind, wobei die dünnflüssige Duroplastmasse von der Kreismitte her über einen sternförmigen Anguss 62 zugeführt wird. Im Bereich des Angusses 62 ist wiederum ein Drucksensor 71 zur Bestimmung des Flüssigkeitsdruckes der Duroplastmasse vorgesehen, damit diese druckgeregelt eingefüllt werden kann. Der formgebende Hohlraum 61 wird auf der Angussseite 62 mit einem Verschluss 65 flüssigkeitsdicht verschlossen. Der Anguss 62 befindet sich dabei auf der von der Kugel 11 des Kugelteils 10 abgewandten Seite der zweiten Gussform 60, damit die Ausformung der Kugel 11 durch die Einströmvorgänge am Anguss 62 nicht gestört wird. Die Bruchstelle 63 am Übergang zum Kugelteil 10 ist wiederum mit einer kleinen Querschnittsfläche ausgeführt, damit das Kugelteil 10 leicht vom Anguss 62 getrennt werden kann.
In dem Hauptteil 64 ist ein im Wesentlichen kreiszylindrischer erster Schieber 66 linearbeweglich geführt, so dass dieser in 2 nach rechts aus dem Hauptteil 64 herausfahren kann, wenn der Verschluss 65 geöffnet ist. An dem ersten Schieber ist eine Hälfte der Kugel 11 des Kugelteils 10 hinterschneidungsfrei abgebildet. Der verbleibende Rest der Kugel 11 ist an einem gesonderten zweiten Füllteil 31 abgebildet. Dieses wird auf den herausgefahrenen ersten Schieber 66 aufgesetzt und von diesem in das Hauptteil 64 in die gewünschte Stellung gefahren. Hierfür ist das zweite Füllteil 31 mit einer kreiszylindrischen Halteausnehmung 34 versehen, die an den ersten Schieber 66 angepasst ist. Die Außenumfangsfläche 35 des zweiten Füllteils 31 ist kreiszylindrisch ausgeführt, damit die angepasste Gegenform am Hauptteil 64 einfach herstellbar ist.
Weiter ist ein zweiter Schieber 67 vorgesehen, der innerhalb des ersten Schiebers 66 linearbeweglich geführt ist. Der zweite Schieber 67 wird ebenso wie der erste Schieber 66 hydraulisch in Bewegung versetzt. Er ist hauptsächlich deshalb vorhanden, damit die dünne Nadel 68 zur Abbildung des Hydraulikkanals (Nr. 13; 1) beim Spritzgießvorgang nicht beschädigt wird. Insbesondere wird der zweite Schieber 67 als letztes in die zweite Gussform 60 eingefahren, so dass sie beim Aufsetzen des zweiten Füllteils 31 auf den ersten Schieber 66 nicht beschädigt wird. Weiter wird er aus der zweiten Gussform 60 herausgezogen, noch ehe die übrigen beweglichen Teile der ersten Gussform 60 bewegt werden, damit die Entformungskräfte, welche auf das Kugelteil 10 einwirken, gering sind und dieses nicht beschädigt wird. Die Nadel 68 besteht vorzugsweise aus Chromstahl oder ist antihaftend beschichtet, damit sie leicht zurückgezogen werden kann.
Die Nadel 68 am zweiten Schieber 67 ist zu beiden Seiten des Kugelteils mit Abdichtnormalien 69; 70 abgedichtet, so dass dort keine Schwimmhäute entstehen. Der Dichtring 69 verhindert das Eindringen von dünnflüssigem Duroplast zwischen dem ersten und dem zweiten Schieber 66; 67. Der zweite Dichtring 70 verhindert das Eindringen von dünnflüssigem Duroplast zwischen der Nadel 68 und dem Verschluss 65. Der zweite Dichtring 70 dient überdies zur Abstützung der Biegekräfte, die beim Einfüllen der dünnflüssigen Duroplastmasse auf die Nadel 68 einwirken. Der zweite Dichtring 70 erstreckt sich daher über eine dementsprechend große Länge. Die bereits angesprochene Druckregelung beim Einfüllen des Duroplasts findet auch statt, damit eben diese Biegekräfte begrenzt werden, so dass die filigrane Nadel 68 nicht beschädigt, insbesondere verbogen wird.
Nachdem der Duroplast in der auf etwa 170°C vorgewärmten zweiten Gussform 60 ausgehärtet ist, wird der Verbund aus Kugelteil 10 und zweitem Füllteil 31 vom ersten Schieber 66 in 2 nach rechts aus dem Hauptteil 64 der zweiten Gussform 60 ausgeworfen. Dies ist nur deshalb möglich, weil der genannte Verbund wegen des zweiten Füllteils 31 keine Hinterschneidungen aufweist, die den Auswurfvorgang behindern könnten. Anschließend wird das zweite Füllteil 31 vom Kugelteil 10 abgenommen. Das ringförmige zweite Füllteil 31 ist hierfür ebenso wie das erste Füllteil mit einem radialen Schlitz versehen und aus einem flexiblen Material hergestellt. Es wird daher bei der Demontage vom Kugelteil 10 nicht beschädigt und kann mehrfach zum Spritzgießen wiederverwendet werden.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Füllteils 30; 31. 4 zeigt das gleiche Füllteil 30; 31 in einer perspektivischen Schnittansicht. Die nachfolgenden Ausführungen gelten sowohl für das erste als auch für das zweite Füllteil 30; 31.
Das kreisringförmige Füllteil 30; 31 erstreckt sich mit einer konstanten Querschnittsform über den Ringumfang. An der Ringinnenseite ist es abschnittsweise mit der Negativform 32 einer Kugel versehen. Hinsichtlich der Querschnittsform des Füllteils 30; 31 wird im Übrigen auf die Ausführungen zu 1 und 2 verwiesen.
Das Füllteil 30; 31 ist bis auf einen radialen Schlitz 33 rotationssymmetrisch ausgeführt. Der Schlitz 33 ist eben ausgeführt, wobei die Schlitzebene die Symmetrieachse enthält. Das Füllteil 30; 31 besteht aus einem auf Fluor basierendem Kunststoff, vorzugsweise aus Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA). Dieses Material ist thermoplastisch und kann kostengünstig im Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Die Herstellung des Füllteils 30; 31 findet vorzugsweise parallel zur Herstellung der Kolbenanordnung bzw. des Kugelgelenks statt, damit die Füllteile 30; 31 nur in kleinen Stückzahlen bevorratet werden müssen. Hierbei ist anzumerken, dass die erforderliche Stückzahl an Füllteilen wesentlich kleiner als die Stückzahl an Kugelgelenken ist, da die Füllteile mehrfach verwendet werden.
Der genannte Werkstoff des Füllteils 30; 31 ist so elastisch, dass das Füllteil 30; 31 ohne Beschädigung aufgebogen werden kann, um es auf das Kugelteil zu montieren bzw. von diesem zu demontieren. Gleichzeitig haftet das ausgehärtete Duroplast nicht an dem Füllteil 30; 31. Weiter kann das Füllteil 30; 31 die in der ersten bzw. zweiten Gussform auftretenden Temperaturen von etwa 170°C problemlos ertragen, ohne Schaden zu nehmen.
Hinzuweisen ist noch darauf dass das Duroplast für das Kugel- und das Pfannenteil mit Füllstoffen wie zum Beispiel Kohlefaser, Glasfasern oder Mineral versehen sein kann, um die Festigkeit und die Stabilität zu steigern. Weiter können Teflonbeimischungen vorgesehen sein, um die Gleit- und Verschleißeigenschaften zu verbessern.
Bezugszeichenliste

10: Kugelteil
11: Kugel
12: Hinterschneidung
13: Hydraulikkanal
14: Senkung
15: Gleitfläche
20: Pfannenteil
21: Kolbenhohlraum
22: freier Querschnitt
30: erstes Füllteil
31: zweites Füllteil
32: Bereich mit der Negativform einer Kugel
33: Schlitz
34: Halteausnehmung
35: Außenumfangsfläche
40: erste Gussform
41: formgebender Hohlraum
42: Anguss
43: Bruchstelle
44: Hauptteil
45: zylindrische Ausnehmung
46: erster Verschluss
47: zweiter Verschluss
48: Dichtring
49: Drucksensor
60: zweite Gussform
61: formgebender Hohlraum
62: Anguss
63: Bruchstelle
64: Hauptteil
65: Verschluss
66: erster Schieber
67: zweiter Schieber
68: Nadel
69: erster Dichtring
70: zweiter Dichtring
71: Drucksensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004060945 A1 [0002]
DE 2601345 C2 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kugelgelenks (10; 20) für die Kolbenanordnung einer hydrostatischen Kolbenmaschine, wobei das Kugelgelenk ein Kugelteil (10) und ein Pfannenteil (20) aufweist, wobei das Kugelteil (10) eine Kugel (11) aufweist, die eine Hinterschneidung (12) bildet, wobei das Pfannenteil (20) an die Kugel (11) angepasst ist, wobei es in die Hinterschneidung (12) eingreift, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Herstellen des Kugelteils (10); – Auffüllen der Hinterschneidung (12) des Kugelteils (10) mit einem gesonderten ersten Füllteil (30), so dass die Hinterschneidung (12) der Kugel (11) bereichsweise ausgefüllt ist; – Einlegen des Verbundes aus Kugelteil (10) und erstem Füllteil (30) in eine erste Gussform (40), welche das Pfannenteil (20) abbildet; Füllen der ersten Gussform (40) mit einem flüssigem ersten Kunststoff, der unter Druck steht; – Aushärten des ersten Kunststoffes; – Entformen des Kugelgelenks bestehend aus Kugel- und Pfannenteil (10, 20); – Entfernen des ersten Füllteils (30) vom Kugelgelenk.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kunststoff in die erste Gussform von der dem Kugelteil (10) gegenüberliegenden Seite her, vorzugsweise druckgeregelt, eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelteil (10) Span abhebend aus Metall hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelteil (10) nach einem Verfahren mit folgenden Schritten hergestellt wird: – Einlegen eines gesonderten zweiten Füllteils (31), welches die Hinterschneidung (12) des Kugelteils (10) vollständig ausfüllt, in eine zweite Gussform (60), welche das Kugelteil (10) abbildet; – Füllen der zweiten Gussform (60) mit einem flüssigem zweiten Kunststoff; der unter Druck steht; – Aushärten des zweiten Kunststoffes; – Entformen des Kugelteils (10).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kunststoff in die zweite Gussform (60) von der dem zweiten Füllteil (31) gegenüberliegenden Seite her, vorzugsweise druckgeregelt, eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Füllteil (30; 31) einstückig in Form eines Ringes mit einem in radialer Richtung verlaufenden Schlitz ausgebildet ist, wobei es aus flexiblem Material besteht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Füllteil (30; 31) mehrfach wiederverwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Füllteil (30; 31) aus einem thermoplastischen, auf Fluor basierenden Kunststoff, vorzugsweise Perfluoralkoxy-Copolymer, besteht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Füllteil (30; 31) im Spritzgussverfahren hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Kunststoff ein Duroplast, vorzugsweise ein Bulk Molding Compound oder eine Phenolformmasse, ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Füllteil (30; 31) bei Raumtemperatur im Wesentlichen spielfrei an die zugeordnete Gussform (40; 60) angepasst ist, wobei es einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die zugeordnete Gussform (40; 60), wobei die Gussform (40; 60) vor dem Befüllen mit Kunststoff vorgewärmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Gussform (40; 60) mehrere formgebende Hohlräume (41; 61) aufweist, die vorzugsweise über einen sternförmigen Angusskanal (42; 62) miteinander verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fertige Kugelgelenk (10; 20) über eine vorgegebene Zeit einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur ausgesetzt wird.
Kolbenanordnung einer hydrostatischen Kolbenmaschine, mit einem Kolben und einem Gleitschuh, wobei wahlweise der Kolben oder der Gleitschuh als Kugelteil (10) mit einer Kugel (11), die eine Hinterschneidung (12) bildet, ausgeführt ist, wobei das andere Teil als an die Kugel (11) angepasstes Pfannenteil (20) ausgebildet ist, wobei es in die Hinterschneidung (12) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Kolben als auch der Gleitschuh aus einem Duoplast, vorzugsweise Bulk Molding Compound oder Phenolformmasse, bestehen, wobei die Kolbenanordnung nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2 oder 4 bis 12 herstellbar ist.
Füllteil zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllteil (30; 31) einstückig in Form eines Ringes mit einem in radialer Richtung verlaufenden Schlitz ausgebildet ist, wobei es an der Ringinnenseite abschnittsweise mit der Negativform (32) einer Kugel versehen ist, wobei es aus einem elastischen Material besteht.
Füllteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllteil (30; 31) aus einem thermoplastischen, auf Fluor basierenden Kunststoff, vorzugsweise Perfluoralkoxy-Copolymer, besteht.