Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einem Kugelzapfen und einem

Gehäuse, wobei der Kugelzapfen mit der Kugel dreh- und schwenkbeweglich in dem Gehäuse aufgenommen ist, wobei die Kugel zumindest teilweise von einem

Strukturbauteil umgeben ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kugelgelenks.

Die EP 1 953 012 A2 zeigt eine Gelenkstange zum Einsatz in Fahrzeugen, mit einem Streben körper, der aus einem offenen Profil gebildet ist und wobei das Ende des Streben körpers zumindest teilweise mit einer Kunststoffummantelung umspritzt ist. Der Strebenkörper kann aus Blech, Kunststoff oder auch aus einem Faserverbund- Werkstoff gebildet sein und dient der Verstärkung des ansonsten aus Kunststoff gebildeten Gehäuses, so dass dieses die gewünschte Stabilität erreicht, um für den Kugelzapfen einen sicheren Halt in dem Gehäuse zu bieten. Die Gelenkstange bildet einen Zweipunktlenker aus, der im Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges als

Verbindungsbauteil zwischen der Karosserie und einem weiteren Fahrwerksbauteil oder auch zwischen zwei Fahrwerksbauteile verwendet werden kann. Durch den Einsatz von Kunststoff für das Gehäuse kann dieses im Vergleich mit Stahl ein erheblich geringeres Gewicht aufweisen. Die genannte Offenlegungsschrift zeigt ein Gesamtbauteil, welches keine Integration zur Bildung eines Lenkers ermöglicht, der ohne eine zusätzliche Verstärkungsstruktur ausgebildet ist.

Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Kugelgelenk, insbesondere zur Integration in einen Lenker aus Faserverbund-Werkstoff, mit einem Kugelzapfen und einem Gehäuse, wobei die Kugel des Kugelzapfens dreh- und schwenkbeweglich in dem Gehäuse aufgenommen ist, wobei die Kugel zumindest teilweise von einem

Strukturbauteil umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil im Wesentlichen aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur, insbesondere ohne eine Verstärkungsstruktur, gebildet ist und zumindest partiell das Gehäuse ausbildet.

Wie bei Kugelgelenken üblich, weist der Kugelzapfen an seinem einen Ende eine Kugel auf, die es dem Kugelzapfen erlaubt, Dreh- und Schwenkbewegungen um den Kugelmittelpunkt auszuführen. Auf der von der Kugel abgewandten Seite des Zapfens ist z. B. ein Gewinde angebracht, womit der Kugelzapfen mit einem Anschlussbauteil, einem weiteren Fahrwerksbauteil oder der Karosserie eines Fahrzeugs verschraubt werden kann. Zwischen Gewinde und Kugel ist zumeist ein kegeliger Sitz vorgesehen, der eine hochbelastbare formschlüssige Verbindung mit einem Anschlussbauteil oder der Karosserie zulässt.

Wenn der zumeist aus Stahl gefertigte Kugelzapfen mit einem Leichtmetalllenker verbunden werden soll, so kann zur Verbesserung der Verbindung zwischen

Kugelzapfen und dem Anschlussbauteil ein, insbesondere kegelförmiger, Zwischenring vorgesehen sein, der eine verbesserte Verbindung zwischen Leichtmetall und Stahl zulässt. Das Gehäuse des Kugelgelenkes kann ebenfalls aus Stahl oder auch aus Kunststoff gefertigt sein, wobei der Kunststoff um die Kugel umspritzt sein kann. Die Kugel ist dabei zumindest teilweise von einem Strukturbauteil umgeben. Das

Strukturbauteil ist Teil des Gehäuses und umringt bzw. umgibt dieses. Es umringt die Kugel, wenn in dem Strukturbauteil ein Loch bzw. eine Aufnahme bzw. eine

Ausnehmung ausgebildet ist. Es umgibt die Kugel zumindest teilweise, wenn das Strukturbauteil statt des Loches bzw. der Aufnahme bzw. der Ausnehmung eine ballige Mulde aufweist, wobei die Mulde derart ausgebildet ist, dass die Kugel in dieser direkt bzw. unter Zwischenschaltung einer Lagerschale dreh- und schwenkbeweglich aufgenommen werden kann. Abgesehen von dem Loch bzw. von der Mulde ist das Strukturbauteil im Wesentlichen als ein ebenes Bauteil ausgebildet. Das ebene oder flächige Strukturbauteil kann eine insgesamt gleichmäßige Wandstärke aufweisen. Ebenso kann das Strukturbauteil eine im Bereich der Verbindung mit dem Kugelgelenk höhere Wandstärke aufweisen, als im Endbereich, der von dem Kugelgelenk

abgewandt ist. Das Strukturbauteil kann gleichmäßig im Materialquerschnitt abnehmen und bis zum vom Gehäuse abgewandten Endbereich geringer werden, bis der

Materialquerschnitt gegen Null geht.

Das Kugelgelenk zeichnet sich dadurch aus, dass das Strukturbauteil im

Wesentlichen aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur ausgebildet ist und zumindest partiell das Gehäuse ausbildet. Mit der partiellen Gehäuseausbildung ist gemeint, dass das Strukturbauteil einen, insbesondere wesentlichen, Teil des Gehäuses ausbildet. Das Strukturbauteil verstärkt das Gehäuse und ist mit dem

Gehäuse derart verbunden, dass zwischen Strukturbauteil und Gehäuse eine

zumindest formschlüssige Verbindung existiert. Ist das Gehäuse aus Kunststoff umspritzt, so entsteht durch die Umspritzung an zumindest Teilen des Strukturbauteils zumindest im Bereich der Kugel eine stoffschlüssige Verbindung zwischen umspritztem Kunststoff und dem Strukturbauteil.

Das Strukturbauteil weist keine separate, aus dem Stand der Technik bekannte Verstärkungsstruktur, z. B. in Form von Hinterspritzungen oder Anspritzungen auf. Der zusätzliche Schritt zum Einbringen einer Verstärkung entfällt somit. Es ist offensichtlich, dass sich dadurch hinsichtlich Durchlaufzeiten und somit auch bezüglich Kosten ein günstigeres Endprodukt ergibt. Durch das Ausbleiben einer Verstärkungsstruktur ist im Ergebnis zudem ein geringeres Gewicht als bei einem Bauteil mit Verstärkung zu erwarten.

Bevorzugt ist das Strukturbauteil aus einer Preform-Struktur, insbesondere TFP- Struktur oder Organoblech, hergestellt. Unter Organoblech ist ein Halbzeug aus thermoplastischem Kunststoff verstärkt mit Endlosfasern zu verstehen, der zumeist in Plattenform hergestellt ist. Organobleche können untern Temperatureinfluss plastisch verformt werden (z.B. durch den Umformprozess Tiefziehen).

Unter einer Preform-Struktur wird ein Rohteil verstanden, welches aus zumindest einem flächigen Textilmaterial besteht und innerhalb des Herstellungsverfahrens des Strukturbauteils mittels eines formgebenden Werkzeugs unter dem Einfluss von Druck und Temperatur in seine Endform gebracht wird. Aufgrund der Bauteilanforderungen wird z. B. mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) ermittelt, welchen Belastungen bzw. Beanspruchungen das herzustellende Lenkerbauteil z.B. in einem Pkw-Fahrwerk unterliegt. Aufgrund der dann bekannten, später auf das fertige Bauteil wirkenden Lasten bzw. Beanspruchungen (hinsichtlich Intensität und Richtung) wird ein flächiges Textil maschinell erstellt, so dass eine Preform-Struktur mit lastangepasster

Faserorientierung vorliegt. Einfach gesagt, wird an Positionen im Bauteil, an denen eine höhere Belastung zu erwarten ist, eine Faserverdichtung vorgesehen. An weniger belasteten Orten verlaufen die Fasern weniger dicht. Da es ungünstig ist, Faser- Kunststoff-Verbund-Strukturen bzw. deren Fasern zu unterbrechen (z. B. durch eine Bohrung, die Fasern im Bereich der Bohrung zerstören würden), werden die Fasern des Textils so gelegt, dass diese beispielsweise um später beabsichtigte Aussparungen oder Löcher zur Aufnahme von weiteren Fahrwerksbauteilen herumgeführt werden. Die flächigen Textilien können ein- oder mehrschichtig, insbesondere ausgehend von einer einzigen Schicht erstellt werden, wobei Verfahren wie tailored fibre placement (TFP), Jacquard-Verfahren, Faser-Matrix-Misch-Verfahren, Commingling-Verfahren und/oder das Film-Stacking-Verfahren verwendet werden. Mittels dieser bekannten Verfahren kann nahezu jede erdenkliche Struktur und somit auch jede geforderte lastangepasste Faserorientierung erzeugt werden. Die durch diese Verfahren erstellte Preform-Struktur lässt bereits die Form des späteren Strukturbauteils erkennen. Insbesondere lässt sich aber durch die lastangepasste Faserorientierung erkennen, an welcher Stelle das Bauteil im späteren Gebrauch einer höheren Belastung ausgesetzt sein wird. Da, wie zuvor gesagt, das Strukturbauteil Teil des Gehäuses des Kugelgelenks sein soll, ist bei der Preform-Struktur zumindest eine Aussparung bzw. Loch bzw. Ausnehmung vorgesehen, in die zumindest der Kugelzapfen eingesetzt wird, bevor eine Umspritzung mit Kunststoff zur Erstellung des Gehäuses vorgenommen werden kann. Bei einem Strukturbauteil aus einer Preform-Struktur gemäß der oben genannten Verfahren (insbesondere TFP), wird die Preform-Struktur innerhalb eines formgebenden

Werkzeuges mittels Zuführen von Druck und/oder Temperatur konsolidiert. Bei diesem Prozessschritt, genannt Konsolidieren oder auch Konsolidierungsprozess wird durch Erhöhen von Druck und Temperatur und Halten dieser Parameter für eine bestimmte Zeit, die abhängig vom Grundwerkstoff der Preform-Struktur ist, eine Verfestigung des Ausgangsmaterials bzw. der Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur bewerkstelligt. Das Konsolidieren bzw. der Konsolidierungsprozess ist auch unter dem Ausdruck„heißes Verpressen" bzw.„Verpressen und Aushärten" bekannt. Hierbei verbindet sich das Ausgangsmaterial der Preform-Struktur mit einem in oder auf der Preform-Struktur vor dem Einbringen in das Werkzeug bereits vorhandenes Matrixmaterial (z. B. in Form von sogenannten Hybridgarnen). Alternativ wird das Matrixmaterial der Preform-Struktur in dem Werkzeug, insbesondere in Form eines Harzes, zugeführt. Es entsteht beim Konsolidieren so ein homogener Faser-Kunststoff-Verbund. Zum Zuführen von

Matrixmaterialien in Form von Harz, auch„Infiltrieren" genannt bzw. in Form von Hybridgarnen wird später noch Stellung genommen. Dem Konsolidieren nachgeschaltet kann eine Abkühlung im Werkzeug erfolgen, die bei geschlossenem oder geöffnetem Werkzeug möglich ist und je nach Material innerhalb einer bestimmten Zeitspanne erfolgen kann. Alternativ kann auch eine gesteuerte aktive Abkühlung innerhalb des Werkzeuges erfolgen, indem in dem

Werkzeug über ein Fluid, insbesondere einem Gas oder einer Flüssigkeit eine aktive Abkühlung erfolgt. Hiernach kann das fertige Strukturbauteil dem formgebenden

Werkzeug entnommen und einer Weiterbearbeitung zugeführt werden, insofern diese notwendig sein sollte. Das so erstellte weitgehend flächige Strukturbauteil weist ein Loch bzw. eine Aufnahme bzw. eine Ausnehmung auf, in die der Kugelzapfen mit seiner Kugel eingebracht werden kann.

Die anschließende Umspritzung mit einem Kunststoff bedingt, dass Kugelzapfen- und Strukturbauteil zueinander hinsichtlich ihrer Position gefestigt sind und ein Gehäuse für das Kugelgelenk entsteht, welches durch das Strukturbauteil verstärkt ist.

Alternativ zu einer Preform-Struktur aus TFP-Struktur oder einer Struktur, gemäß den oben genannten Verfahren, kann auch Organoblech verwendet werden. Es ist möglich, das Organoblech in einem separaten, insbesondere vorherigen Prozessschritt, einer Verformung durch Tiefziehen unter Temperatureinfluss zu unterziehen, wenn das Strukturbauteil nicht flächig, sondern mit einer gewissen Form versehen werden soll. Durch das Tiefziehen kann somit auch die oben schon beschriebene Ausnehmung bzw. Mulde zur Aufnahme der Kugel des Kugelzapfens erstellt werden. Alternativ kann das Organoblech vor dem Einlegen in ein Formwerkzeug, insbesondere in einer separaten Vorrichtung, auf eine Temperatur nahe der Schmelztemperatur der Matrix gebracht werden und unmittelbar nach der Erwärmung in das Formwerkzeug eingelegt werden.

Bevorzugt weist das Strukturbauteil in einem von der Kugel abgewandten

Bereich Löcher auf, wobei die Löcher, insbesondere im Wesentlichen, konzentrisch um den Kugelmittelpunkt herum angeordnet sind. Die Löcher in dem Strukturbauteil können zur Integration in einen Lenker als Anschraubpunkte dienen. In diesem Fall ist von einer geringen Anzahl, insbesondere drei, Löchern auszugehen, die von ihrem Durchmesser derart ausgestaltet sind, dass für den Schraubfall Schrauben mit einem entsprechenden Durchmesser zur Verschraubung mit dem Anschlussbauteil verwendet werden können.

Soll das Gelenk mit dem Strukturbauteil gemäß einer bevorzugten

Ausführungsform mit einer weiteren Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur zur Ausbildung eines Lenkers ausgebildet werden, so bewirken die Löcher bzw. Unterbrechungen in dem Strukturträger des Gelenks die Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung zwischen Gelenk mit Strukturbauteil und dem übrigen Lenkerteil. Durch die Löcher bzw. Unterbrechungen in dem Strukturträger des Gelenks kann dieser durch Umspritzung in vorteilhafter Weise mit dem restlichen Lenkerbauteil verbunden werden. Der

beispielsweise in dem Montage-Spritzguss eingebrachte Werkstoff zur Verbindung des Lagers oder Gelenks mit dem Lenker umschließt nicht nur den Strukturträger

insgesamt, sondern fließt beim Montage-Spritzguss-Prozess auch in die Löcher bzw. Unterbrechungen und ergibt somit eine hochbelastbare stoffschlüssige Verbindung.

Bevorzugt sind die Unterbrechungen bzw. Löcher derart ausgestaltet, dass sie kreisrunde und/oder elliptische und/oder polygone Formen aufweisen. Die Löcher bzw. Unterbrechungen in dem Strukturbauteil werden vorteilhafter Weise bereits bei der Herstellung des Strukturbauteils aus der Preform-Struktur in dieses eingebracht. Die Löcher bzw. Unterbrechungen werden insbesondere durch Aufdornen und/oder Bohren und/oder durch Auslegung der Faserstrukturen bei der Herstellung der Preform-Struktur erstellt.

Bevorzugt ist das Gehäuse des Kugelgelenkes mehrteilig ausgeführt, wobei wenigstens ein erstes Teil, insbesondere Gehäuseunterteil, aus dem Strukturbauteil ausgebildet ist und ein zumindest weiteres Teil, insbesondere Gehäuseoberteil, aus einem Faserverbund-Werkstoff oder einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, gebildet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zumindest zwei Gehäuseteile mittels Verklebung und/oder durch Spritzung und/oder Vernietung und/oder

Umspritzung, insbesondere mittels einer thermoplastischen oder duroplastischen Umspritzung, miteinander gefügt. Die thermoplastische bzw. duroplastische Umspritzung kann während des Konsolidierens, wie zuvor bereits beschrieben, innerhalb des formgebenden Werkzeugs ausgeführt werden. So ist es möglich, eine Gelenkkartusche zu verwenden, die dann innerhalb des formgebenden Werkzeuges durch thermoplastische bzw. duroplastische Umspritzung mit dem Strukturbauteil gefügt wird bzw. konsolidiert wird. Bei einer Gelenkkartusche handelt es sich um ein

Kugelgelenk für sich, also mit Kugelzapfen und Gehäuse und ggf. einer Lagerschale, welches an dieser Stelle noch mit dem Strukturbauteil gefügt werden muss.

Bevorzugt ist zwischen der Kugel und dem Strukturbauteil und/oder wenigstens einem der Gehäuseteile eine, insbesondere auf die Kugel montierte oder mittels

Einspritzen eingebrachte, Lagerschale, insbesondere aus Kunststoff, vorhanden. Je nach verwendeten Werkstoffen für das Kunststoffgehäuse kann es zur Erreichung der benötigten Gleiteigenschaften des Kugelzapfens innerhalb des Gehäuses notwendig sein, dass eine Lagerschale verwendet werden soll. Die Lagerschale kann

beispielsweise zusammen mit dem Kugelzapfen vormontiert sein, wobei die Kugel oder die Lagerschale zuvor mit einem Schmierstoff versehen wurde.

Bevorzugt ist zwischen der Kugel und dem Strukturbauteil und/oder wenigstens einem der Gehäuseteile ein, insbesondere aus einem Metall gebildeter, Lagerkäfig ausgebildet. Der Lagerkäfig kann vorteilhafterweise zur Erhöhung der Auszugskraft eingesetzt werden, wenn es erforderlich ist, dass das Gelenk für höhere Auszugskräfte vorgesehen ist, die auf den Kugelzapfen wirken können. Vorzugsweise ist der

Lagerkäfig vor dem Umspritzen mit Kunststoff zur Erzeugung des Gehäuses

formschlüssig mit dem Strukturbauteil verbunden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Lagerschale und/oder dem Lagerkäfig und wenigstens einem der Gehäuseteile oder dem Strukturteil ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff eingespritzt oder umspritzt.

Hierdurch wird eine gesamthaft bessere Formgebung bzw. Umschließung der Kugel bzw. der Kugel mit der Lagerschale erreicht. Des Weiteren ergibt sich insbesondere bei einem mehrteiligen Gehäuse eine noch bessere Verbindung zwischen Gehäuseober- und unterteil, weil diese mittels des thermoplastischen bzw. duroplastischen Kunststoffs miteinander verbunden werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelgelenkes, wie dieses zuvor beschrieben wurde. Das Kugelgelenk wird mit den nachfolgend aufgeführten Schritten hergestellt, wobei die Reihenfolge der Schritte nicht zwingend, wie hier aufeinanderfolgend dargestellt, erfolgen muss. Insbesondere können Schritte weggelassen bzw. eingefügt werden, die nachfolgend aufgeführt werden.

Grundsätzlich werden folgende Schritte benötigt:

- Herstellen und Bereitstellen eines Strukturteils aus einer Preform-Struktur, insbesondere TFP-Struktur oder Organoblech unter Ausbildung eines Loches oder einer kugelpfannenartigen Ausnehmung zur Aufnahme eines

Kugelzapfens,

- Bereitstellen eines Kugelzapfens,

- Positionieren der bereitgestellten Bauteile zueinander,

- Fügen der bereitgestellten Bauteile mittels Verklebung und/oder

Durchspritzung und/oder Vernietung und/oder Umspritzung, insbesondere mittels einer thermoplastischen oder duroplastischen Umspritzung.

Bevorzugt wird zur Ausbildung eines mehrteiligen Gehäuses vor dem

Positionieren der Bauteile zueinander ein zumindest weiteres Gehäusebauteil bereitgestellt.

Bevorzugt wird nach dem Bereitstellen des Kugelzapfens auf diesen eine

Lagerschale montiert oder auf den Kugelzapfen vor dem Bereitstellen eine Lagerschale montiert. Bei Kugelgelenken ist es bekannt, dass diese mit einer gewissen

Vorspannung erstellt werden, damit ein Losbrechmoment zwischen Kugelzapfen und Gelenkgehäuse eingestellt werden kann. Hierzu ist bei Verwendung einer Lagerschale zumeist notwendig, dass das Kugelgelenk nach der Herstellung für einen gewissen Zeitraum erwärmt, auch genannt getempert, wird, so dass das Lagerschalenmaterial sich entspannen bzw. zur endgültigen Einstellung des Losbrechmomentes fließen kann. Wenn beim Herstellen des Kugelgelenks ein Strukturbauteil mit einer Preform-Struktur aus TFP- oder ähnlichem flächigen Textil verwendet wird, so kann auf das Tempern eines so hergestellten Kugelgelenks verzichtet werden. Beim Konsolidieren innerhalb eines Werkzeuges wird, wie oben beschrieben, mittels einer relativ hohen Temperatur innerhalb des Werkzeuges gearbeitet, so dass diese Wärme das Tempern bewirkt. Für das Tempern ist eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des

Lagerschalenmaterial notwendig. Es wird daher ein Material für die Lagerschale gewählt, die mit dem Konsolidierungsprozess in Abhängigkeit vom Material der

Preform-Struktur kompatibel ist. Es entstehen so erhebliche Kostenvorteile, da ein nachgeschaltetes Tempern des Kugelgelenkes vermieden werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Bereitstellen eines

Kugelzapfens ein Lagerkäfig bereitgestellt, der zur Stabilität des Kugelgelenks je nach Einsatzfall notwendig sein kann.

Bevorzugt werden bei der Herstellung des Strukturbauteils aus der Preform- Struktur in diese weitere vom Sitz der Kugel abgewandte Löcher bzw. Unterbrechungen eingebracht, die insbesondere durch Aufdornen und/oder durch Bohren und/oder durch Auslegung der Faserstruktur bei der Herstellung der Preform-Struktur erstellt werden.

Das Strukturbauteil ist bevorzugt aus einer lastangepassten bzw.

beanspruchungsgerechten Preform-Struktur hergestellt, wobei, wie oben bereits gesagt, die Preform-Struktur als, insbesondere flächiges, Textil-TFP- und/oder im Jacquard- Verfahren hergestellt und/oder aus Faser-Matrix-Misch- und/oder Commingling- und/oder das Film-Stacking-Material ausgebildet ist, insbesondere mehrschichtig, ausgebildet ist. Durch die vorgenannten Verfahren ist hinsichtlich Form und

Eigenschaften ein Strukturbauteil herstellbar, wie dieses auch aus Metall oder einer aus Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur mit Verstärkungsstruktur gebildeten Form bekannt ist.

Mit der Auslegung der Faserstruktur bei der Herstellung der Preform-Struktur ist die bevorzugte Lastanpassung durch Faserorientierung auf der Preform-Struktur in Form von einfach und/oder mehrfach übereinander und/oder nebeneinander

eingebrachten, insbesondere ein- oder aufgenähten Hybridgarnen ausgebildet. Bei der Verwendung von Hybridgarn handelt es sich um ein Garn, bei dem eine

thermoplastische Matrix integriert ist. Hybridgarne bestehen aus einem textilen

Trägerfaden mit thermoplastischer Matrix, wie z.B. Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polypropylen (PP) o.a. Der textile Trägerfaden kann mit dem Matrixmaterial verdrillt sein. Alternativ kann das Matrixmaterial den Trägerfaden umgeben, z.B. in dem es den Trägerfaden umfasst, wenn dieser insbesondere innerhalb des Matrixmaterials verläuft. Die thermoplastische Matrix ist dabei von der Form und der Beschaffenheit ähnlich wie ein Wollfaden ausgebildet.

Die flächige textile Preform-Struktur kann ganz oder teilweise aus diesen

Hybridgarnen bestehen, die mit einer Verstärkungsfaser aus Glasfaser oder Kohlefaser oder ähnlichen bekannten Materialien versehen sein kann. Als Matrix-Materialien für das zu verwendende Faser-Matrix-System sind sowohl thermoplastische TFP- Konstruktionen auf Basis von Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Teilaromatischen PA (PPA) oder anderen thermoplastischen Hybridgarnen denkbar als auch trockene (ohne Matrix-Material) im TFP-Verfahren hergestellte textile Halbzeuge bzw. Konstruktionen, die im thermoplastischen RTM- oder T-RTM-Verfahren oder duroplastischen HD-RTM- Verfahren mit Harz getränkt bzw. infiltriert werden.

Bevorzugt ist in die Faser-Verbund-Struktur des Strukturbauteils bzw. in das Kugelgelenk zumindest ein Sensor integriert, der eine Veränderung der Faser-Verbund- Struktur detektiert, um die Belastung bzw. eine Überlastung und/oder

Überbeanspruchung anzuzeigen. Der Sensor ist vorzugsweise mit einer

Erfassungseinrichtung und/oder einer Auswerteeinrichtung verbunden. Bevorzugt wird die Belastung dem Fahrer im Cockpit des Fahrzeuges, insbesondere optisch und/oder akustisch, angezeigt. Alternativ ist die Auswerteeinheit, insbesondere über ein

Fahrzeug-Bussystem (z.B. CAN-Bus), mit einer Steuereinrichtung im Fahrzeug vernetzt, so dass Belastungswerte in einem Speicher abrufbar gehalten werden können. Bei Überschreiten eines Belastungswertes kann die Steuereinrichtung die Weiterfahrt beeinflussen oder einen Neustart verhindern, so dass eine Fahrt mit einem fehlerhaften Gelenk bzw. Lenker bzw. Fahrwerk wirkungsvoll vermieden werden kann. Ein Kugelgelenk findet vorzugsweise in einem Lenker einer Faser-Kunststoff- Verbund-Struktur Verwendung, insbesondere wenn dieser aus einer textilen Preform- Struktur gefertigt ist.

Das Kugelgelenk findet bevorzugt Verwendung in einer Lenkvorrichtung für ein Achssystem, vorzugsweise für ein Achssystem mit einer Hinterradlenkung.

Weiter bevorzugt ist das Kugelgelenk in den Lenker einer Stellvorrichtung integriert, wobei der Lenker längenveränderlich sein kann oder der Lenker eine verschiebbare Spurstange aufweist, die durch die Stellvorrichtung, insbesondere linear, in Relation zu dem Lenker verstellbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kugelgelenks verbaut in einem Mehrpunktlenker

Fig. 1 a eine teilgeschnittene Darstellung eines Kugelgelenks gem. Fig. 1 Fig. 2 eine teilweise Schnittdarstellung durch ein Kugelgelenk

Fig. 3 eine Detailansicht des Kugelgelenks mit einem Strukturbauteil

Fig. 4a eine Darstellung einer Ausführung des Kugelgelenks

Fig. 4b eine Darstellung einer weiteren Ausführung des Kugelgelenks

Fig. 5 zeigt einen Ablauf der Verfahrensschritte gemäß der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen Querlenker eines Kraftfahrzeuges in Form eines

Dreipunktlenkers, der aus einer Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur hergestellt ist. Der Querlenker 1 ist aus einer mehrlagigen flächigen Preform-Struktur erstellt, der durch Falten etwa um die in der Figur 1 dargestellte Achse A in seine dargestellte Form gebracht wurde. An dem einen Ende des Lenkers 12 ist ein Kugelgelenk 1 eingebracht. Wie zur Verdeutlichung in der Figur 1 a in Schnittdarstellung dargestellt, weist das Kugelgelenk ein Strukturteil 4 auf, welches den Kugelzapfen 3 und die Lagerschale 5 umgreift. Das Strukturteil 4 und die Lagerschale 5 sind von einem Gehäuse 2 umgriffen. Das Kugelgelenk 1 , bestehend aus den vorgenannten Bauteilen ist hier als vormontierte Kugelgelenk-Kartusche 1 eingebracht. Das Gehäuse 2 kann aus Kunststoff bestehen bzw. ist aus Kunststoff umspritzt und nimmt den Kugelzapfen 3 mit die Kugel

umschließender Lagerschale 5 auf. Das Strukturteil 4 umgreift die Kartusche bzw. den Kugelzapfen und wird ebenfalls durch die Umspritzung mit Kunststoff gehalten. Zum Schutz vor äußeren Einflüssen und Korrosion ist das Kugelgelenk 1 zapfenseitig durch einen Dichtungsbalg 3 geschützt, der sowohl den Kugelzapfen 3 als auch das

Gehäuse 2 formschlüssig umgreift. Für den Verbund zwischen Kugelgelenk 1 und Lenker 12 ist das Strukturteil 4 vorgesehen, welches vollständig von der Faser- Kunststoff-Verbund-Struktur umschlossen ist. Wie der Figur 3 zu entnehmen ist, weist das Strukturteil 4 eine etwa flächige Ausbildung auf, die zu der von dem Kugelgelenk 1 abgewandten Seite zum Ende des Strukturteils hin (keilförmig) abflacht. Das

Strukturteil 4 ist zudem mit Löchern 9 durchsetzt, die in etwa konzentrisch mit unterschiedlichen Radien um die Längsachse des Kugelgelenks 1 angeordnet sind. Das Strukturteil 4 selbst kann aus einem Metall -Werkstoff oder ebenfalls aus einem Faser- Kunststoff-Verbund-Werkstoff gefertigt sein. Dadurch, dass das Strukturteil 4 vollständig von der Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur umschlossen ist, ergibt sich ein homogener Verbund zwischen Kugelgelenk 1 und dem Querlenker 12 selbst. Durch die Löcher 9 wird beim Konsolidierungsprozess ein besonders fester Verbund erreicht, da das Lenkermaterial und/oder das Matrixmaterial beim Konsolidieren in die Löcher 9 eindringt und so das Strukturteil 4 zusätzlich formschlüssig gehalten wird. Bei der Fertigung ist je nach Material des Strukturteils bzw. des Gehäuses 2 ggfs. ein Primer oder dergleichen vorzusehen, so dass je nach Material, welches für das Strukturteil vorgesehen wird, zusätzlich zum Formschluss ebenfalls ein stoffschlüssiger Verbund zwischen der Preform-Struktur bzw. der Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur und dem Strukturteil vorgesehen werden kann.

Bei der Herstellung eines Kugelgelenkes 1 , bestehend aus zumindest einem Kugelzapfen 3 und einem Gehäuse 2 bzw. eine die Kugel des Kugelzapfens 3 umschließende Lagerschale 5 ist an sich ein während der Herstellung des

Kugelgelenks oder des Herstellungsprozesses nachgeschalteter Temperprozess erforderlich. Beim Tempern wird das Kugelgelenk über einen gewissen Zeitraum erwärmt, so dass sich das Lagerschalenmaterial bzw. das Gefüge zwischen

Kugelzapfen und Gehäuse setzen kann. Dieses ist erforderlich, um das

Losbrechmoment des Kugelzapfens innerhalb des Gehäuses einzustellen. Dieses kann entfallen, da bei der Herstellung des Lenkers in dem Werkzeug Temperaturen anfallen, die für das Tempern des Kugelgelenks ausreichend sind. Somit ergibt sich ein weiteres Einsparpotential, da bei der Herstellung des Kugelgelenks bzw. der Kartusche dieses nicht getempert werden muss, sondern das Tempern in dem formgebenden Werkzeug bei der Herstellung des Lenkers mit bewerkstelligt werden kann.

Fig. 2 zeigt die Integration eines Kugelgelenks 1 in eine vorgeformte Faser- Kunststoff-Verbund-Struktur 2b. Diese erfolgt derart, dass ein Gehäuse aus Metall, vorzugsweise ein Gehäuseoberteil aus Aluminium 2a einen Kugelzapfen 3 mit vormontierter Lagerschale 5 und die vorgeformte Faser-Kunststoff- Verbund-Struktur 2b (z. B. eine Preform-Struktur erstellt aus TFP) in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden, und thermoplastisch (T-RTM) oder duroplastisch (HD-RTM) umspritzt werden. Die Verbindung des Gehäuses 2 kann dabei sowohl stoffschlüssig über eine Verklebung 1 1 als auch stoff- bzw. formschlüssig über durch Umspritzungen 8, die einen Niet ausbilden oder einer Kombination von beiden Möglichkeiten, erfolgen. Durch die Integration des AluminiumTeilgehäuses in die Faser-Kunststoff-Verbund-Struktur zu einem MultiMaterial-Design wird sichergestellt, dass hohe auf den Kugelzapfen wirkende Kräfte, wie die in der Figur 2 gezeigten Kräfte F _A (Auszug) bzw. F _D (Druck), bei einem Querlenker aus Faser-Kunststoff-Struktur realisiert werden können, die alternativ durch ggfs. aufwendige, schwer herstellbare Faserorientierung erreichbar wären.

Die Fig. 4a und 4b zeigen weitere Varianten von Kugelgelenken, die sich ebenfalls für die Integration in einem Faser-Kunststoff-Verbund-Lenker eignen.

Fig. 4a zeigt ein Kugelgelenk 1 mit einem Kugelzapfen 3 und einer Lagerschale 5, wobei der Kugelzapfen 3 mit umschließender Lagerschale 5 in ein Metallgehäuse 2 bzw. Lagerkäfig 6 eingebettet ist. Ebenfalls erkennbar ist ein Strukturbauteil 4, das das Metallgehäuse bzw. den Lagerkäfig 6 umschließt. Mit anderen Worten ist das

Metallgehäuse bzw. der Lagerkäfig in das Strukturbauteil 4 formschlüssig eingesetzt, so dass der umlaufende Rand an dem Loch in dem Strukturbauteil 4 anliegt. Das Gehäuse 2 umschließt die vorgenannten Bauteile in der Weise, dass der Kugelzapfen 3 die bei Kugelgelenken übliche Schwenk- und Drehbeweglichkeit hat. Das Gehäuse 2 ist durch Umspritzen eingebracht bzw. umschließt Strukturbauteil 4 und Lagerkäfig 6 zu einem festen Verbund. Das Strukturteil kann aus Organoblech oder ebenfalls durch eine Preform-Struktur, die beispielsweise im TFP-Verfahren hergestellt ist, ausgeführt sein. Bei Ausführung aus Organoblech kann dieses zur Formgebung tiefgezogen sein.

In Fig. 4b ist eine im Vergleich zur Figur 4a leicht veränderter Alternative gezeigt. Das Gehäuse 2 wird hierbei zweiteilig ausgeführt. Das Unterteil 2b des Gehäuses ist ausgeführt wie das Strukturteil 4 gemäß Figur 4a, wobei kein Loch vorgesehen ist, sondern eine kugelförmige Einbuchtung bzw. Sicke 14 vorgesehen ist, die die

Lagerschale 5 bzw. die Kugel 3a des Kugelzapfens 3 zumindest teilweise,

vorzugsweise zur Hälfte aufnimmt. Der obere Teil 2a des Gehäuses 2 bzw.

zapfenseitige Teil 2a des Gehäuses 2 ist durch einen konischen Ring 2a gebildet, der mit dem Gehäuseunterteil 2b form- bzw. stoffschlüssig verbunden ist. Dadurch wird der Kugelzapfen 3 mit der Lagerschale 5 in dem Kugelgelenk 1 gehalten. Die Verbindung zwischen Gehäuseoberteil 2a und Gehäuseunterteil 2b kann, wie schon zu Figur 2 beschrieben, durch eine Verklebung oder wie hier ebenso gezeigt durch eine

Umspritzung gegeben sein. Der konische Ring kann aus einem tiefgezogenem

Organoblech oder ebenfalls aus einer TFP-Struktur hergestellt sein. Das so

vormontierte Bauteil wird zur Herstellung des Lenkers in das formgebende Werkzeug eingelegt, so dass Gehäuseober- und unterteil dann im Konsolidierungsprozess durch den Faserverbund-Werkstoff bzw. die Struktur und der eingespritzten Kunststoff-Matrix umschlossen werden. Alternativ können Oberteil 2a und Unterteil 2b durch eine in Figur 4b gezeigte Umspritzung 7 miteinander gefügt sein.

Für das Kugelgelenk ergibt sich somit hinsichtlich der durch den Kugelzapfen einwirkenden Druckkräfte (F _D ) bzw. Zugkräfte (F _A ) eine hinreichende Festigkeit, so dass der Auszug des Kugelzapfens durch diese Kräfte nicht gegeben ist.

Figur 5 zeigt einen Ablauf der Verfahrensschritte gemäß der Erfindung. In einem ersten Schritt PS wird eine Preform-Struktur erstellt, z.B. ein flächiges textiles Halbzeug bzw. Konstruktion, das mittels des TFP Verfahrens unter Verwendung von Hybridgarnen mittels Aufnähen dieser auf das flächige Textil hergestellt wird. In einem weiteren Schritt PS->W wird das Werkstück mittels eines Handhabungsroboters in ein formgebendes Werkzeug eingebracht. Ein Kugelzapfen mit darauf montierter

Lagerschale wird in diesem Schritt ebenfalls in das Werkzeug eingebracht und positioniert. Das Werkzeug wird dann geschlossen. In einem nachfolgenden Schritt wird das Bauteil konsolidiert. Es wird zur Bildung des Gehäuses ein Kunststoff eingespritzt. Ebenso wird ein Matrixwerkstoff in Form eines Harzes in das Werkzeug eingespritzt, der das Textilgewirke umschließt. Dabei wird eine auf die verwendeten Werkstoffe angepasste Temperatur sowie ein vorbestimmter Druck im bzw. mit dem Werkzeug erzeugt und für eine bestimmte Zeit gehalten. Es wird so das Gehäuse und der Verbund aus Gehäuse mit Strukturbauteil erzeugt. Anschließend ist das Kugelgelenk

fertiggestellt und kann dem Werkzeug entnommen werden, welches wiederum mittels eines Handhabungsroboters erfolgt (Schritt F/W->K).

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine mechanische Umkehr der Funktionen der einzelnen mechanischen Elemente der Erfindung zu bewirken.

Bezuqszeichen Kugelgelenk, Kartusche

Gehäuse

a Gehäuseoberteil

b Gehäuseunterteil

Kugelzapfen

a Kugel

Strukturbauteil

Lagerschale

Lagerkäfig

Kunststoff, Umspritzung

Nietverbindung, Umspritzung Loch, Aufnahme, Ausnehmung

10 Loch

1 1 Verklebung

12 Querlenker

13 Dichtungsbalg

14 Sicke

F _A Auszugskraft

F _D Druckkraft