DE2553060C3 - Drehzapfengelenk - Google Patents
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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 Gelenkzapfens entgegenwirkende Vorspannung
aufbringt, wobei das dem Zapfenabschnitt benachbarte Ende der Lagerkammer durch eine
Verschlußplatte verschlossen ist.
Ein solches, durch die US-PS 37 90 195 bekanntes Drehzapfengelenk hat an sich den Vorteil, daß der
Gelenkzapfen im Gegensatz zu 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 Zapfenabschnitt des Gelenkzapfens nur von der vorgespannten, elastischen Lagerbuchse
s 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 Gelenkzapfen wird
to 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 Drehzapfengelenke bevorzugt bei
is 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 zapfenförmigen Ansatz in einen Führungsschlitz einer Lagerschale
greift, so daß eine Kippbewegung des Geienkzapfens
■to in einer Ebene möglich ist. Ein den Kippkräften elastisch
entgegenwirkender Lagerteil fehlt hier 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 zu einem Verschleißhohlraum hin belastet, welcher in der Lagerkammer zwischen der
so elastischen Buchse und der Schulter des teilkugelförmigen
Kopfabschnittes des Gelenkzapfens ausgebildet ist, wodurch die elastische Buchse eine verschleißausgleichende
Anpressung an den sich verjüngenden Zapfenabschnitt erfährt und die gewölbte Fläche des
teilkugelförmigen Kopfabschnittes an den Lagersitz angedrückt wird, so daß ein fester Kipp- und
Drehmittelpunkt erhalten bleibt. Dadurch ist es zusätzlich möglich, die Lagerbuchse selbst bei Verschleißerscheinungen
immer in enger Anlage an dem
bo 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
i'"' zweckmäßigerweise eine Federscheibe sein, die hohen
Dauerbelastungen 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
F i g. 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,
F i g. 3 eine Unteransicht des in F i g. 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
F i g. 1 gezeigten Drehzapfengelenkes mit einer anderen Form einer Verschleißaufholfeder und
F i g. 7 eine ähnliche Ansicht wie F i g. 6, die jedoch eine weitere Ausführungsform einer Verschleißaufholfeder
zeigt
Das in F i g. 1 dargestellte Drehzapfengelenk 10 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 Bohrungsabschnitt 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 Zapfenabschnitt 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 des 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 19 anliegt und der eine teilsphärische 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 Kopf 25 verteilt wird. Der Lagerring 28 kann mit 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 Ende des konischen Zapfenabschnittes 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 femer einen abgerundeten Boden 34, der das abgerundete Bodenende 32 des
Zapfenabschnittes 25 verschiebbar umgibt. Diese mittlere Aussparung 33a ist von einer sich nach oben
ίο erstreckenden Schulter bzw. von einem sich nach oben
erstreckenden Rand 35 umgeben, weiche den Kippoder Schwenkbereich des Gelenkzapfens 22 im
Gehäuse begrenzen, wie es durch die gestrichelten Linien veranschaulicht ist
is Ein axial gespaltenes, zylindrisches und elastisches
erstreckt sich um den Zapfenabschnitt 25 oberhalb der
elastischen Material, welches ein elastisches Formerinnerungsvermögen
aufweist um seine Lage im freien Zustand wieder einnehmen zu könnea Bei dem Material
kann es sich um Gummi, Kautschuk, Polyurethan u. dgl.
handeln.
Wie die F i g. 2 bis 4 zeigen, weist das elastische Lager 36 einen 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
ίο Lager erstreckt und die von der oberen Stirnwand 38
zur unteren Stirnwand 39 hin konvergiert Die Konizität des Zapfenabschnittes 25 des Gelenkzapfens, der in
dieser Bohrung 40 sitzt kann sich beträchtlich verändern, wobei Winkel im Bereich von 5° bis 15°
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 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 um 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
so Vorsprünge verlaufen konisch bis zu flachen unteren
Stirnenden mit kleinem Durchmesser. Diese Vorsprünge sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung um
die Stirnfläche 39 angeordnet und drei derartige Vorsprünge können eine Federbelastung erzeugen, die
dazu dient das Lager von der Verschlußplatte 33 fortzudrücken, wie es noch im einzelnen beschrieben
werden soll.
Wie F i g. 1 zeigt, füllt das Lager 36 den radialen Ringraum zwischen dem Hauptabschnitt der Länge des
Μ. Zapfenabschnittes 25 und dem Bohrungsabschnitt 14
aus, wobei sich Teile des Zapfenabschnittes über die obere Stirnwand 38 und unter die untere Stirnwand 39
des Lagers erstrecken. Die Verschlußplaite 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 Verschlußscheibe
umgedrückt, um die Schüler 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
Ein 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 Zwischenraum eingefüllt werden kann. Diese Schmiermittel
wird auf die Lageroberfläehen 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 Schmiermittel
im Lager auf, um den Zapfenabschnitt 25 des Gelenkzapfens 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,
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 urn den Zapfenabschnitt 25 herum gehalten und der Umfang 37
des Lagers wird in eine volle Sitzanlage innerhalb der Gehäusebohrung 14 ausgedehnt.
Fig.6 zeigt eine erste abgewandelte Ausführungsform,
bei der Teile, die den Teilen entsprechen, die im Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 5 beschrieben
wurden, die gleichen Kennzeichen haben. Bei dieser Ausführungsform ist eine konische oder Tellerfeder-Beilagscheibe
48 zwischen der Verschlußplatte 33 und
to der unteren Stirnwand 39 des Lagers 36 vorgesehen, wobei durch diese Tellerfeder die Federvorspannung
erzeugt wird, die bei dem in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel die Vorsprünge 45
erzeugen.
Bei einer zweiten abgeänderten Ausführungsform, die in F i g. 7 dargestellt ist und bei der Teile, die denjenigen
entsprechen, die im Zusammenhang mit den F i g. 1 bis 5 beschrieben wurden, die gleichen Bezugszeichen erhielten,
ist eine Wellenbeilagscheibe 49 zwischen der Verschlußscheibe 33 und der unteren Stirnfläche 39 des
Lagers 36 vorgesehen, um die Federvorspannung herzustellen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
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 Geienkzapfens entgegenwirkende Vorspannung aufbringt, wobei das dem Zapfenabschnitt benachbarte
Ende der Lagerkammer durch eine Verschlußplatte 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 Kopfabschnittes (24) des Gelenkzapfens (22) ausgebildet
ist, wodurch die elastische Buchse (36) eine Verschleiß ausgleichende Anpressung an den sich
verjüngenden Zapfenabschnitt (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.
3. Drehzapfengelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die elastische Buchse (36)
zu dem Verschleißhohlraum (46) hin belastende Bauteil eine Federscheibe (48,49) ist.
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