DE2331944B2

DE2331944B2 - Zapfengelenk

Info

Publication number: DE2331944B2
Application number: DE19732331944
Authority: DE
Inventors: Edward John Detroit Mich. Herbenar (V.StA.)
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1972-06-27
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1976-12-02
Also published as: GB1394509A; CA993211A; DE2331944A1; US3790195A; IT989437B; JPS4950350A; JPS5237545B2; FR2191646A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Zapfengelenk, dessen im Gehäuse liegender Gelenkzapfen einen Kugelabschnitt aufweist, der in einer Lagerschale tuf der dem Gelenkzapfen zugewandten Seite des Gehäuses gelagert ist und von dem aus sich ein Zapfenansatz in Richtung auf die Verschlußplatte am anderen Gehäuse erstreckt, und der von einer Buchse umgeben ist, wobei zwischen dieser Buchse und der Gehäuseinnenwand ein elastischer, von der Verschlußplatte druckbeaufschlagter Ring angeordnet ist, und wobei die Verschlußplatte sowohl gegen den elastischen Ring als auch gegen das Ende des Zapfenansatzes in Gleitanlage mit diesem gedruckt ist, um eine axiale Vorspannung auszuüben.

Ein derartiges Zapfengelenk ist aus dem DT-Gbm 18 64 553 bekannt. Derartige Zapfengelenke nehmen hauptsächlich eine Drehbewegung auf, obwohl sie jedoch zusätzlich eine gewisse Winkel- oder Schwenkbewegung des Gelenkzapfens innerhalb des Gehäuses auch aufnehmen können. Bei derartigen Gelenken sind einmal konstante Belastungen gegen Dreh- und Schwenkbewegungen enorderlich sowie eine sichere Verschleißaufholung. Bei dem in dem DT-Gbm 18 64 553 beschriebenen Gelenk kann das Material des elastischen Ringes in freie Räume zwischen der Buchse und diesem Ring und dem Ring und der Kammerwand fließen, so daß bei einer Belastung ein konstanter Widerstand nicht aufrechterhalten werden kann und eine Verschleißaufholung auch nicht sicher gewährleistet werden kann. Wenn bei einem derartigen Gelenk die Lagerplatte ausfällt und das Gelenk beispielsweise in einem Lenkgestänge eines Kraftfahrzeuges verwendet wird, so können erhebliche Gefahren durch den Ausfall des Gelenkes hervorgerufen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu

Grunde, diese Gefahren in sicherer Weise auszuschal-

^te Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse im nicht zusammengebauten Zustand einen nach außen sich konisch erweiternden Abschnitt aufweist und daß im zusammengebauten Zustand an den sich nach außen erweiternden Abschnitt ein konisch nach innen sich verjüngender Abschnitt anschließt. Durch diese Ausbildung wird der elastische Ring in sicherer Weise eingespannt und gehalten und ermög licht es dem Ring, die erforderlichen Widerstands- und Verschleißaufholkräfte zu entwickeln. Weiterhin wird durch diese Einspannung des elastischen Ringes sichergestellt, daß die Bauteile des Zapfengelenkes im zusammengebauten Zustand festgehalten werden, auch dann, wenn die Verschlußplatte ausfallen sollte.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispie! der Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

F i g. 1 eine Schnittansicht des Zapfengelenkes,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Lagerschale des Zapfengelenkes,

Fig.3 eine Draufsicht auf die Buchse des Zapfengelenkes. , . ,

Fi g 4 eine Draufsicht auf den elastischen Ring des Zapfengelenkes,

Fig 5 eine Schnittansicht des elastischen Ringes, genommen längs der Linien V- V der F i g. 4 und

Fig.6 eine Schnittansicht des Gehäuses des Gelenkes vor dem Zusammenbau des Zapfengelenkes.

In Fig. 1 ist das Zapfengelenk 10 dargestellt. Das Zapfengebnk umfaßt ein Gestänge 11, an dessen einem Ende ein Gehäuse 12 ausgebildet ist. Das Gehäuse 12 weist eine durchgehende öffnung auf, die eine Kammer 13 billet, die im allgemeinen zylindrisch ist. Wie F i g. 6 zeigt, weist die Kammer 13 an einem axialen Ende ein großes offenes F,nde 15 auf und eine öffnung 16 mit kleinerem Durchmesser am entgegengesetzten Ende. Die öffnung 16 mit kleinerem Durchmesser wird von einem nach innen umgebogenen Flansch 17 der Wand 18 des Gehäuses 12 gebildet, und dadurch entsteht an dem der öffnung 15 mit größerem Durchmesser gegenüberliegenden Ende eine nach innen umgebogene Schulter 19 am Boden 20 der Kammer 13. Die Kammerwand weist einen Abschnitt 21 auf, der zylindrisch ist und der sich von der Schulter 19 aus bis zu einer Stelle 22 erstreckt, die zwischen den öffnungen 15 und 16 liegt. Von der Stelle 22 aus ist die Wand bis zur öffnung 15 als nach außen sich erweiternder Abschnitt 23 ausgebildet, so daß fortschreitend die Abmessung der Kammer von der Stelle 22 bis zur öffnung 15 vergrößert wird. Das Gehäuse 12 weist einen Wandabschnitt 24 auf, der die öffnung 15 umgibt und der sich über das Gestänge 11 hinaus erstreckt. Der Wandabschnitt 24 hat eine derart bemessene Dicke, daß diese mittels eines Umbördel- oder Umdrückwerkzeuges verformt werden kann, um die Verschlußplatte 25 festzuhalten.

Das Zapfengelenk 10 umfaßt das Gehäuse 12, die Verschlußplatte 25, einen Zapfen 26, eine Lagerschale 27, eine Buchse 28 und einen elastischen Ring 29.

Der Zapfen 26 weist einen Schaftabschnitt 27a auf, der sich von der öffnung 16 mit kleinem Durchmesser des Gehäuses 12 aus erstreckt. Der Schaftabschnitt kann ein Gewindeende 28a haben, mit dem dieser mit einem anderen Gestänge verbunden werden kann. Das in

pig.1 dargestellte Zapfengelenk ist insbesondere für eine relative Drehung zwischen dem Gestänge, das am Schaft 27a befestigt ist, und dem Gestänge 11 geeignet

Es ist bei den in Gestängen, bei denen ein Zapfengelenk verwendet wird, auftretenden Toleranzen wünschenswert, daß das Zapfengelenk eiaen gewissen Grad einer Winkelfehlausfluchtung aufnehmen kann, ohne daß das Zapfengelenk hängenbleibt oder festfrißt und ohne daß der Drehmomentenwiderstand gegenüber einer Drehbewegung erhöht wird. Bei anderen Αι-sfüh- so rungsformen kann ebenfalls eine begrenzte Winkelbewegung oder Schwenkbewegung erforderlich sein, wobei gleichzeitig ein Widerstand gegen eine derartige Winkel- oder Schwenkbewegung vorhanden ist.

Um eine Universal-Winkel- oder Schwenkbewegung zu ermöglichen, weist der Zapfen 26 einen Kugelabschnitt 30 mit vergrößertem Durchmesser zwischen seinen axialen Enden 31 und 32 auf. Der Kugelabschnitt 30 ist innerhalb der Kammer 13 angeordnet und paßt in eine teilsphärische Oberfläche 33 der Lagerschale 27. Die Lagerschale 27 weist einen äußeren Umfang 34 auf, der so bemessen ist, daß sie in die zylindrische Wand 21 der Kammer hineinpaßt. Die innere Oberfläche des Sitzes 27 ist derart gewölbt, daß eine sphärische Oberfläche 33 gebildet wird, gegen die die Oberfläche des Kugelabschnittes 30 anliegt.

Wie Fig. 2 zeigt, können in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Nuten 35 in der inneren Oberfläche 33 der Lagerschale 27 vorgesehen sein, die Schmiernuten bilden, um die Schmierung der zusammenpassenden Oberflächen 30,33 sicherzustellen. Das breite Umfangsende 37 des Kugelabschnittes 30 läuft in eine radiale Wand aus, die sich vom Umfangsabschnitt 38 mit größtem Durchmesser der Kugel bis zu einem axial sich erstreckenden Zapfenansatz 39 erstreckt. Der axial sich erstreckende Zapfenansatz 39 kann leicht konisch oder kegelförmig verlaufen, wobei dieser Abschnitt eine äußere Oberfläche 40 aufweist, deren Umfang von der radialen Wand 37 bis zum axialen Ende 31 abnimmt. Das axiale Ende 31 ist gewölbt.

Der Zapfenansatz 39 ist in einer Buchse 28 angeordnet. Die Buchse 28 weist eine axial sich erstreckende Wand 42 auf, die kegelförmig oder konisch ausgebildet ist und deren Konizität an die Konizität des Zapfenansatzes 39 angepaßt ist. Die konische Oberfläche 40 des Zapfenansatzes 39 paßt in den inneren Umfang 43 der Lagerbuchse 28 hinein.

Die Buchse 28 weist eine axiale Länge auf, die geringer ist als die axiale Länge des Zapfenansatzes 39. Ein axiales Ende 45 der Buchse geht in einen nach außen umgebogenen Flansch 46 über, der eine Stirnfläche aufweist, die gegen die radiale Fläche 37 des Kugelabschnittes 30 anliegt. Das andere axiale Ende der Buchse endet im Abstand vom axialen Ende 31 des Zapfenansatzes.

Wie F i g. 3 zeigt, weisen der nach außen umgebogene Flansch 46 und die innere Umfangsfläche 43 der Buchse 28 ineinander übergehende Nuten 50 auf, die Schmierungsnuten bilden, welche die Schmierung der zusam- 6υ menpassenden Oberflächen der radialen Wand 37 und der Stirnseite 47 und der Oberfläche 40 des Zapfenansatzes 39 und dem inneren Umfang 43 der Buchse sicherstellen.

Der äußere Durchmesser der Buchse ist kleiner als <>5 der Durchmesser der Gelenkkammer. Der Raum zwischen dem äußeren Umfang der Buchse und der Wand der Gelenkkammer wird durch den elastischen Ring 29 ausgefüllt Dieser elastische Ring 29 ist in den F i g. 4 und 5 gezeigt und besteh; aus einem Ring, dessen Masse aus einem elastischen Material besteht wie beispielsweise Kautschuk oder Gummi, elastischer Kunststoff od. dgL Der Ring hat axiale Enden 60 und 6t und einen äußeren Umfang 62 und einen inneren Umfang 63. Der innere Umfang 63 ist konisch ausgebildet und ist an den konischen Umfang der Buchse angepaßt Der äußere Umfang weist eine umgekehrte Konizität auf und ist an die Konizität des Abschnittes 23 der Kammer 13 angepaßt. Die Ringdicke ist am vorderen axialen Ende 60 geringer und nimmt zum unteren axialen Ende 61 hin zu. Das vordere axiale Ende 60 ist dazu bestimmt, sich gegen den Flansch 46 anzulegen und ist an diesen angepaßt, und das axiale Ende 61 liegt gegen die Verschlußplatte 25 an.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform weist das axiale Ende 61 innere und äußere Umfange 64 mit umgekehrter Konizität auf, wodurch die Wanddicke verringert wird. Auf diese Weise wird ein Ringansatz 65 gebildet, der sich axial vom Hauptkörper des elastischen Ringes aus erstreckt. Der Ringansatz 65 wird durch die Verschlußplatte zusammengedrückt. Im freien Zustand ist die axiale Lange des elastischen Ringes größer als die axiale Länge im zusammengebauten Zustand zwischen der Unterseite 68 des Flansches 46 und der inneren Oberfläche 69 der Verschlußplatte 25. Das Lager wird derart zusammengebaut, daß die Bauteile in die Kammer eingesetzt werden, und zwar der Zapfen, die Lagerschale, die Lagerbuchse und der elastische Ring, und danach v/ird die Verschlußplatte 25 gegen die Bauteile gespannt, um eine Vorbelastung auf diese Bauteile auszuüben. Diese Vorbelastung ist vorzugsweise ausreichend groß, um den Ringansat/ 65 des elastischen Ringes zusammenzupressen. Wenn die gewünschte Vorbelastung erreicht ist und wenn vorzugsweise der mittlere Abschnitt 66 der Verschlußplatte das axiale Ende 31 des Zapfenansa'zes berührt, wird der Ringansatz 65 aus seinem freien Zustand heraus zusammengedrückt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Umfangswand 24 der Kammer umgebördelt oder umgedrückt, um die Verschlußplatte in ihrer Stellung zu verriegeln.

Die Bauteile werden im Gehäuse mittels einer Umbördelung oder mittels eines Umdrückens od. dgl. gehalten. Wenn man das Umdrucken axial über die Verschiußplatte hinaus durchführt, so wird die innere Umfangswand 23 der Lagerkammer umgekehrt konisch oder keilförmig ausgebildet, wie es bei 70 in F i g. gezeigt ist. Dadurch wird in radialer Richtung der elastische Ring eingeschnürt und zusammengepreßt, wobei gleichzeitig ein vorspringender äußerer Umfangsteil am Ring ausgebildet wird. Zusätzlich zur Erhöhung der auf den Ring ausgeübten Kompressionskraft erzeugt dieses fortgesetzte Umdrucken eine nach innen gerichtete Konizität, um den elastischen Ring und die Bauteile ;cu halten und zwar auch dann, wenn die Verschlußplatte 25 im Betrieb ausfällt und sich vom Gehäuse löst. Dadurch wird ein zusätzlicher Sicherheitsgrad für das Zapfengelenk geschaffen.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß das Zapfengelenk Drehbewegungen aufnehmen kann, und zwar durch eine Drehung des Gelenkzapfens in der Buchse und in der Lagerschale. Ein begrenzter Grad einer Winkel- oder Schwenkbewegung wird ermöglicht, und zwar durch den Kugelkontakt zwischen dem Kugelabschnitt 30 und der zugehörigen Lagerschale. Gegen eine derartige Winkel- oder Schwenkbewegung

erzeugt der elastische Ring einen Widerstand. Wenn der Zapfen im Gehäuse verschwenkt oder winkelförmig verdreht wird, so bewegt sich die Buchse quer zum Gehäuse auf einer Bogenbahn und drückt einen Teil des elastischen Ringes zusammen. Die Kompressionskraft des elastischen Ringes leistet einen Widerstand gegen die Bewegung der Buchse. Der Zapfen wird wegen der kugelförmigen Paßfläche zwischen dem Kugelabschnitt und der Lagerschale nicht von seinem Sitz im Gehäuse abgehoben. Die gewölbte Ausbildung des axialen Endes 31 des Zapfenansatzes ermöglicht eine begrenzte Schwenkbewegung, wobei der Kontakt zwischen der Verschlußplatte 25 und dem axialen Ende aufrechterhalten wird.

Wenn ein Verschleiß entweder zwischen dem Kugelabschnitt 30 und der Lagerschale oder zwischen

der konischen Oberfläche des Zapfenansatzes 39 unc der Buchse auftritt, so wird dieser Verschleiß durch die Ausdehnung des zusammengepreßten elastischen Rin ges aufgeholt. Der elastische Ring kann einer Verschleiß zwischen dem Kugelabschnitt 30 und dei Lagerschale durch eine axiale Ausdehnung aufholen Dieser Ring holt einen Verschleiß zwischen der Buchst und dem konischen Zapfenansatz 39 durch eine radiale Ausdehnung auf. Die Vorbelastung, die auf der elastischen Ring während des Verschließens de: Zapfengelenkes aufgebracht wird, sichert die Aufrech terhaltung einer entsprechenden Verschleißaufholung Die konische Ausbildung der Lagerkammerwand unc des elastischen Ringes stellen sicher, daß die Expansior des Ringes zur Verschleißaufholung fortgesetzt wird um den Ring gegen die Buchse zu drücken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zapfengelenk, dessen im Gehäuse liegender Gelenkzapfen einen Kugelabschnitt aufweist, der in S einer Lagerschale auf der dem Gelenkzapfen zugewandten Seite des Gehäuses gelagert ist und von dem aus sich ein Zapfenansatz in Richtung auf eine Verschlußplatte am anderen Gehäuseende erstreckt, und der von einer Buchse umgeben ist, wobei zwischen dieser Buchse und der Gehäuseinnenwand ein elastischer, von der Verschlußplatte druckbeaufschlagter Ring angeordnet ist, und wobei die Verschlußplatte sowohl gegen den elastischen Ring als auch gegen das Ende des Zapfenansatzes in Gleitanlage mit diesem gedrückt ist, um eine axiale Vorspannung auszuüben, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gehäuse im nicht zusammengebauten Zustand einen nach außen sich konisch erweuernden Abschnitt (23) aufweist und daß im zusammengebauten Zustand an den sich nach außen erweiternden Abschnitt (23) ein konisch nach innen sich verjüngender Abschnitt (70) anschließt.

2. Zapfengelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang (62) des elastischen Ringes (29) konisch ausgebildet ist.

3. Zapfengelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (29) im freien Zustand einen im eingebauten Zustand von der Verschlußkappe (25) deformierten Ringansatz (65) aufweist.