DE2553060B2

DE2553060B2 - Drehzapfengelenk

Info

Publication number: DE2553060B2
Application number: DE2553060A
Authority: DE
Inventors: Edward John Detroit Mich. Herbenar (V.St.A.)
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1974-11-27
Filing date: 1975-11-26
Publication date: 1978-12-14
Also published as: US3945737A; JPS5320618B2; FR2292888A1; CA1024367A; SE416837B; GB1506059A; DE2553060C3; DE2553060A1; FR2292888B1; AU8693775A; BR7507798A; SE7513300L; JPS5191460A; ES443012A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehzapfengelenk, bei dem in einer in einem Lagergehäuse ausgebildeten Lagerkammer ein Gelenkzapfen drehbar und kippbar gelagert ist, der mit einem Schaftteil aus dem Lagergehäuse vorsteht und mit der gewölbten Oberfläche eines teilkugelförmigen Kopfabschnittes einem in der Lagerkammer angeordneten starren Lagersitz gleitend anliegt, während die von dem Schaft weg weisende Seite dieses Kopfabschnittes eine Schulterfläche bildet, an die ein mit dem Schaft des Gelenkzapfens koaxialer Zapfenabschnitt anschließt, der sich in Axialrichtung zu seinem freien Ende hin verjüngt und von einer elastischen Buchse umgeben ist, die eine dem Kippen des Gclenkzapfcns entgegenwirkende Vorspannung aufbringt, wobei das dem Zapfenabschnitt benachbarte Ende der Lagerkammer durch eine Vcrschlußplatte verschlossen ist.

Ein solches, durch die US-PS 37 90 195 bekanntes Dreh/apfengelenk hai an sich den Vorteil, daß der Gdcnk/apfen im Gegensat/ /u Gelenken mit rein kugelförmigem Gelenkkopf wesentlich kippstabiler ist und im Anschluß an Kippbelastungen schnell wieder in die ursprüngliche Lage zurückgeführt wird. Allerdings ist dabei der untere Zapfenabschnilt des Gelenkzapfens nur von der vorgespannten, elastischen Lagerbuchse gegenüber der Gehäusewand des Lagergehäuses abgestützt, so daß die Gegenkräfte gegen Kippbelastungen des Gelenkzapfens allein von der elastischen Lagerbuchse aufgebracht werden müssen. Beim Auftreten übermäßig hoher Kippkräfte am Gelenkzapfe ι wird so die elastische Lagerbuchse vollständig zusammengedrückt, ehe die Kippbewegung begrenzt wird. Die Lagerbuchse erfährt dadurch sehr schnell bleibende Formänderungen, die ihre Funktionsfähigkeit beeinträchtigen. Da solche Dreh/apfengelenke bevorzugt bei Lenkgestängen von Kraftfahrzeugen Verwendung finden, birgt eine solche Funktionsbeeinträchtigung erhebliche Gefahren in sich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Drehzapfengelenk der eingangs umschriebenen Art so zu verbessern, daß bei normalen Kippkräften zwar die Kippbeweglichkeit des Gelenkzapfens erhalten bleibt, bei hohen Kippkräften jedoch eine vollständige Zusammendrückung der elastischen Lagerbuchse vermieden wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verschlußplatte eine mittige Ausnehmung aufweist, dessen Seitenflächen als Anschlagfläche für den .Zapfenabschnitt zur Begrenzung der seitlichen Kippbeweglichkeit des Gelenkzapfens ausgebildet ist. Dadurch werden übermäßig große Kippbelastungen des Gelenkzapfens direkt auf die Verschlußplatte und damit auf das Lagergehäuse übertragen, ohne daß die elastische Lagerbuchse durch eine vollständige Zusammendrückung überbeansprucht und auf die Dauer plastisch verformt wird.

Es ist zwar bereits ein Drehzapfengelenk bekannt, bei dem der ganzkugelförmige Gelenkkopf auf der dem Schaft gegenüberliegenden Seite mit einem /apfenförmigen Ansatz in einen Führungsschiit/, einer Lagerschale greift, so daß eine Kippbewegung des Gelenkzapfens in einer Ebene möglich ist. Ein den Kippkräfien elastisch entgegenwirkender Lagerteil fehlt hkr aber völlig, so daß der Gelenkzapfen bei dieser Lösung in einer Ebene im wesentlichen widerstandsfrei kippbar ist, in allen anderen Richtungen gegen Kippbewegungen jedoch starr festgehalten wird.

Es ist vorteilhaft, wenn die Verschlußplatte einen Flächenbereich zur Abstützung eines Bauteils aufweist, der die elastische Buchse /u einem Verschleißhohlraum hin belastet, welcher ί·ι der Lagerkammer /.wischen der elastischen Buchse und der Schulter des teilkugclförmigen Kopfabschnittes des Gelenkzapfens ausgebildet ist, wodurch die elastische Buchse eine verschleißausglcichetide Anpressung an den sich verjüngenden Zapfenabschnitt erfährt und die gewölbte Fläche des teilkugelförmigcn Kopfabschnittes an den Lagersit/ angedrückt wird, so daß ein fester Kipp- und Drehmittelpunkt erhalten bleibt. Dadurch ist es zusätzlich möglich, die Lagerbuchse selbst bei Vcr-Schleißerscheinungen immer in enger Anlage an dem Gelenkzapfen zu halten, so daß auch noch nach langen Benutzungszeiträumen den Kippbelastungen des Gelenkzapfens ein ausreichender elastischer Widerstand entgegengesetzt wird. Der die elastische Buchse zu dem Verschleißhohlraum hin belastende Bauteil kann dabei zweckmäßigerweise eine Federscheibe sein, die hohen Dauerbelastungcn gewachsen ist und auch nach langen Betriebszeiträumen keine Ermüdungserscheinungen zeigt.

Weitere Einzelheiten werden in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Drehzapfengelenkes, bei der Teile in Seitenansicht gezeigt sind und bei der in gestrichelten Linien der Schwenk- oder Kippbereich des Gelenkzapfens dargestellt ist,

F i g. 2 eine Draufsicht auf das elastische Lager für das in F i g. 1 dargestellte Gelenk,

Fig.3 eine Unteransicht des in Fig. 2 dargestellten Lagers,

Fig.4 eine senkrechte Schnittansicht des Lagers längs der Linie IV-IV der F i g. 2,

F i g. 5 eine vergrößerte Teilansicht der mit Vertiefungen versehenen Bohrung des Lagers und des Zapfenabschnittes des Gelenkzapfens, wobei die Schmierung des Gelenkzapfens veranschaulicht ist,

Fig.6 eine Teilansicht des unteren Endes des in Fig. 1 gezeigten Drehzapfengelenkes mit einer anderen Form einer Verschleißaufholfeder und

Fig. 7 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 6, die jedoch eine weitere Ausführungsform einer Verschle'ßaufhclfeder zeigt.

Das in F i g. I dargestellte Drehzapfengelenk iO weist einen Armabschnitt 11 mit einem zylindrischen Ende 12 auf, welches eine abgestufte zylindrische Bohrung 13 hat. Die abgestufte Bohrung 13 weist einen langgestreckten zylindrischen Bohrungsabschnitt 14 mit großem Durchmesser auf, der sich von einer Schulter 15, die durch eine nach innen umgebogene Lippe 16 am Bodenende des Gehäuses gebildet wird, bis zu einer inneren Schulter 17 erstreckt, welche zu einem Bohruiigsabschnitt 18 mit kleinerem Durchmesser hin konvergiert, der sich bis zu einer Schulter 19 erstreckt, die durch einen nach innen umgebogenen Rand 20 am oberen Ende des Gehäuses erstreckt, welcher eine öffnung 21 mit vermindertem Durchmesser umgibt.

Ein Gelenkzapfen 22 weist einen zylindrischen Schaft 23 auf, der frei in der öffnung 21 sitzt und ferner einen halbkugelförmigen Kopf 24, der frei in der Bohrung 18 sitzt und weiterhin einen konischen Zapfenabschniit 25, der sich vom Kopf 24 aus erstreckt und der frei in der Bohrung 14 sitzt. Der zylindrische Schaft 23 erstreckt sich nach außen zu einem konischen .Schaftabschnitt 26 hin, der zu einem Gewindeabschnitt 27 mit vermindertem Durchmesser am oberen Ende d.?s Gelenkzapfens hin konvergiert. Der konische Abschnitt 26 kann mittels Keilsitz im Auge eines Gestänges oder einer Halterung sitzen und wird in diesem Bauteil durch eine Mutter gehalten, die auf das Gewinde 27 aufgeschraubt wird.

Der halbkugelförmige Kopf 24 des Gelenkzapfens wird von einem starren Lagerring 28 umgeben, welcher im Bohrungsabschnitt 18 sitzt und gegen die Schulter i9 anliegt und der eine teilsphiirische innere Lagersitzoberfläche 29 aufweist, die an den Kugelkopf 24 angepaßt ist, so daß der Gelenkzapfen in diesem Lagerring kippen und sich drehen kann. Der sphärische -Sitz 29 weist Schmiernuten, wie beispielsweise die Nute 30. auf, durch die Schmiermittel am Kopl 25 verteilt wird. Der Lagerring 28 kann mil Preßsitz in der Bohrung 18 in fester Lage in dieser sitzen und aus Stahl, hartem Kunststoffmaterial od. dgl. bestehen, um einen festen und starren Sitz für den Kugelkopf 24 zu bilden.

Der Kugelkopf 24 weist einen im wesentlichen flachen, sich radial erstreckenden Boden 31 auf, der in das divergente obere finde des konischen /.apfenabschnilles 25 übergeht. Dieser Zapfenabschnitt 25 konvergiert von diesem Ende oder von dieser Schulter 31 bis zu einem abgerundeten Boden 32. Eine starre Verschlußscheibe oder Verschlußkappe 33 sitzt fest im unteren Ende der Bohrung 14 auf der Schulter 15, die durch die nach innen umgebogene Lippe 16 gebildet wird. Diese Kappe weist eine mittlere Aussparung 33a in der Oberseite auf und ferner einen abgerundeten Boden 34, der das abgerundete Bodenende 32 des Zapfenabschnittes 25 verschiebbar umgibt. Diese mittlere Aussparung 33a ist von einer sich nach oben

lu erstreckenden Schulter bzw. von einem sich nach oben erstreckenden Rand 35 umgeben, welche den Kippoder Schwenkbereich des Gelenkzapfens 22 im Gehäuse begrenzen, wie es durch die gestrichelten Linien veranschaulicht ist.

π Ein axial gespaltenes, zylindrisches und elastisches Lager 36 sitzt in dem Bohrungsabschnitt 14 und erstreckt sich um den Zapfenabschnitt 25 oberhalb der Verschlußplatte 33 und unterhalb der Schulter 15 herum.

Das Lager 36 besteht aus einem fließfähigen

_'o elastischen Material, welches ein elastisches Formerinnerungsvermögen aufweist, um scae Lage im freien Zustand wieder einnehmen zu können. ßi_i dem Material kann es sich um Gummi, Kautschuk, Polyurethan u.dgl. handeln.

.!i Wie die F i g. 2 bis 4 zeigen, weist das elastische Lager 36 einer, zylindrischen äußeren Umfang 37, eine ebene radiale obere Stirnwand 38 und eine ebene untere Stirnwand 39 auf und ist ferner mit einer konischen Bohrung 40 versehen, die sich in der Mitte durch das

w Lager erstreckt und die von der oberen Stirnwand 38 /ur unteren Stirnwand 39 hin konvergiert. Die Konizität des Zapfenabschnittes 25 des Gelerkzapfens, der in dieser Bohrung 40 sitzt, kann sich beträchtlich verändern, wobei Winkel im Bereich von 5° bis 15°

π zufriedenstellende Ergebnisse zeigen. Die Bohrung 40 sollte deshalb eine angepaßte Konizität haben. Da jedoch das Lager elastisch ist, kann sich eine nicht angepaßte Konizität unter einer Last anpassen. Das Lager 36 ist axial gestaltet, wobei ein Spalt 41 zwischen

"ι den Spaltenden im freien Zustand des Lagers vorgesehen ist. Axiale Schmiermittelnuten 42 sind ebenfalls in der Bohrung 40 im gleichen Umfangsabstand voneinander und vom Spalt 41 vorgesehen. Die Bohrung 40 weist vorzugsweise eine große Anzahl Vertiefungen 43 auf, ■ die Schmiermitteltaschen 44 bilden und die u.'n den Zapfenabschnitt 25 herum angeordnet sind, wie es F i g. 5 zeigt.

Mehrere Vorsprünge 45 erstrecken sich von der unteren Stirnfläche 39 des Lagers aus und diese

^II Vorsprünge verlaufen konisch bis zu flachen unteren Stirnenden mit kleinem Durchmesser. Diese Vorsprünge sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung un. die Stirnfläche 39 angeordnet und drei derartige Vo/spi jrige können eine Federbelastung erzeugen, die

<"' dazu dient, das Lager von der Verschlußplatte 33 fortzudrücken, wie es noch im einzelnen beschrieben werden soll.

Wie Fig. 1 zeigt, füllt das Lager 36 den radialen Ringraum zwischen 'lern Hauptabschnitt der Länge des Zapfenabschnittes 25 und dem Bohrungsabschnitt 14 aus, wobei sich Teile des Zapfenabsehnittes über die obere Stirnwand 38 und unter die untere Stirnwand 39 des Lagers erstrecken. Die Verschlußplatte 33 ist in die Bohrung 14 bis zu einer derartigen Tiefe eingepreßt, daß im wesentlichen die Vorsprünge 45 abgeflacht oder abgeplattet werden. Dann wird die Lippe 16 des Gehäuses über den Umfang der Verschlußscheibc iimgedriickt, um die .Schulter 15 auszubilden, welche die

Verschlußplatte in der eingedrückten Tiefe im Gehäuse hält. Unter diesem Zustand wird das Lager 36 nach oben um den Zapfenabschnitt 25 gedrückt und wird durch die konische Form des Zapfenabschnittes in eine dichte Anlage gegen die Bohrung 14 ausgedehnt. ^r<

Fiiη Raum 46 ist zwischen der oberen Stirnfläche 38 des Lagers und der Schulter 17 zwischen den Bohrungen 14 und 18 und unter dem Lagerring 28 vorgesehen. Eine Schmierschraube 47 ist in die Seitenwand des Gehäuses 12 eingeschraubt, so daß Schmiermittel in diesen in Zwischenraum eingefüllt werden kann. Diese Schmiermittel wird auf die Lagcrobcrflächen durch die Nuten 30 im Lagerring 28 und durch den Spalt 41 und die Nuten 42 im Lager 36 verteilt. Die Taschen 44. die durch die Vertiefungen 43 gebildet werden, nehmen Schmiernut- i< tel im Lager auf, um den Zapfenabschnitt 25 des Gclenkzapfcns in gut geschmiertem Zustand zu halten, damit der Gelenkzapfen sich frei drehen kann.

Bei dem Versuch, ihren freien Zustand wieder zu erlangen, fahren die abgeflachten Vorsprünge 45 fort, -n das Lager 36 zur Schulter 17 am oberen Ende der Bohrung 14 zu drücken. Dadurch wird die Bohrung 40 des Lagers in einem guten Lagerkontakt um den Zapfrnabiwhnill 25 herum gehalti'n und der Umfang \1 des Lagers wird in eine volle Sitzanlagc innerhalb der Gehäusebohrung 14 ausgedehnt.

I i g. b zeigt eine erste abgewandelte Ausführungsform, bei der Teile, die den Teilen entspinnen, die im Zusammenhang mit den Cig. I bis 5 beschrieben wurden, die gleichen Kennzeichen haben. Bei dieser Ausführiingsform ist eine konische oder Tellerfeder-Beilagscheibe 48 zwischen der Verschlullplattc 33 und der unteren Stirnwand 39 des l.agcis 16 vorgesehen, wobei durch diese Tellerfeder die (-"ede·vorspannung erzeugt wird, die bei dem in den ^! i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführuiigsbcispicl die \ Ursprünge 45 erzeugen.

Bei einer zweiten abgeänderten Ausfühningsforni.dic in I i g. 7 dargestellt ist und bei tier Teile, die denjenigen entsprechen, die im Zusammenhang mit ilen L i g. 1 bis 5 beschrieben wurden, die gleichen Bezugs/eichen erhiel ten. ist eine Wellenbcilagscheibe 49 zwischen der Verschlußscheibe 33 und der unteren Stirnfläche 39 des Lagers 36 vorgesehen, um die l'edervorspannung herzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehzapfengelenk, bei dem in einer in einem Lagergehäuse ausgebildeten Lagerkammer ein GelenkzapFen drehbar und kippbar gelagert ist, der mit einem Schaftteil aus dem Lagergehäuse vorsteht und mit der gewölbten Oberfläche eines teilkugelförmigen Kopfabschnittes einem in der Lagerkammer angeordneten starren Lagersitz gleitend anliegt, während die von dem Schaft wegweisende Seite dieses Kopfabschnittes eine Schulterfläche bildet, an die ein mit dem Schaft des Gelenkzapfens koaxialer Zapfenabschnitt anschließt, der sich in Axialrichtung zu seinem freien Ende hin verjüngt und von einer elastischen Buchse umgeben ist, die eine dem Kippen des Gelenkzapfens entgegenwirkende Vorspannung aufbringt, wobei das dem Zapfenabschnitt benachbarte Ende der Lagerkammer durch eine Verschlußpiatte verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (33) eine mittige Ausnehmung (33a) aufweist, dessen Seitenfläche (35) als Anschlagfläche für den Zapfenabschnitt (25) zur Begrenzung der seitlichen Kippbeweglichkeit des Gelenkzapfens (22) ausgebildet ist.

2. Drehzapfengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (33) einen Flächenbereich zur Abstützung eines Bauteils aufweist, der die elastische Buchse (36) zu einem Verschleißhohlraum (46) hin belastet, welcher in der Lagerkammer (13) zwischen der elastischen Buchse (36) und der Schulter (31) des teilkugelförmigen Kopfabschnitte;, (24) des Gelenkzapfens (22) ausgebildet ist, wodurch die Hastisc!": Buchse (36) eine Verschleiß ausgleichende Anpressung an den sich verjüngenden Zapfenabschmtt (25' erfährt und die gewölbte Fläche des teilkugelförmigen Kopfabschnittes (24) an den Lagersitz (28) angedrückt wird, so daß ein fester Kipp- und Drehmittelpunkt erhalten bleibt.

J. Drehzapfengelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die elastische Buchse (36) zu dem Verschleißhohlraum (46) hin belastende Bauteil eine Federscheibe (48,49) ist.