DE2827734A1

DE2827734A1 - Verbindung eines kugelkopfzapfens mit einem traeger

Info

Publication number: DE2827734A1
Application number: DE19782827734
Authority: DE
Inventors: Trevor John Brown
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1977-07-18
Filing date: 1978-06-22
Publication date: 1979-02-08
Also published as: CA1080592A; GB2001126B; AU517013B2; GB2001126A; AU3735678A; US4138198A; JPS5422053A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung eines Kugelkopfzapfens mit einem eine konische Bohrung aufweisenden Träger, bei der ein konisches Schaftteil des Kugelkopfzapfens in Anlage gegen die koniswhe Bohrung des trägers durch eine auf ein Gewindeteil des Kugelkopfzapfens aufgeschraubte Mutter gespannt ist_o

Derartige Verbindungen sind beispielsweise in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen eingesetzte Normalerweise ist diese Verbindung zum Schutz gegen Schmutz mit einer Umhüllung aus Gummi o₀dgl₀ versehen, so dass ein Pesthalten des Kugelkopfzapfens beim Aufschrauben der Mutter mittels eines Werkzeuges nicht möglich ist«, Es wird daher eine leichtlaufende Mutter verwendet, die so fest angezogen wird, dass das ! Festspannmoment in der konischen Bohrung des Trägers UX grös- j ser als das iOsbrechmoment der Mutter ist«. Solche Muttern i werden zumeist als Kronenmuttern ausgebildet, die durch einen Splint gesichert werdxn können»

Muttern, die einen grossen Widerstand beim Auf« schrauben aufweisen, sind daher meist nicht zur Herstellung solcher ^erbindungen eingesetzt worden«,

Um auch derartige Muttern verwenden zu können ,ist durch die US-PS 3 325 196/zwischen der Mutter und der ^Uegenfläche des Trägers einen konischen Kragen aus elastischem Werk stoff oder eine Schraubenfeder vorzusehen. Bei Verwenden des Kragens ruht der Rand grösseren Durchmessers auf dem Träger auf, während der Rand kleineren Durchmessers gegen die Unter-

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seite der Mutter anliegt. Dieser Kragen ist kein endgültiger Teil der Verbindung und ist daher am Umfang der Mutter so 'befestigt, dass der Kragen nach der herstellung der erbindung entfernt werden kann© Wird eine Schraubenfeder verwendet, so muss in der Unterseite der Mutter ein Hohlraum zu ihrer Auf- ■ nähme im zusammengedrücktem Zustand vorgesehen werden, damit die Unterseite der Mutter zur Anlage gegen den Träger geschraubt werden kann» Machteilig ist bei beiden Bauarten, dass bei Verwendung von genormten Muttern, die Spannflächen ungebührlich verringert werden.

Der ^pfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszugestalten, dass ein leichter Zusammenbau unter Einhalten der vorgegebenen Spannmomente ermöglicht wird«,

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöst.

, Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung

, ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren

: zur Herstellung einer derartigen Verbindung,,

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die völlig zusammengedrückte Scheibe ein sichtbares Zeichen für die einwand-

! frei durchgeführte Verbindung darstellte

ι Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher er-

j läutert«, In den Zeichnungen zeigen

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Mg» 1 einen senkrechten Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit zum Teil geschnitten und zum ^eil wegge— brochenen Teilen, wobei die Teile zusammengesetzt, aber vor dem Zusammenspannen dargestellt sind,

Fig» 2 einen Teilschnitt ähnlich Figo 2 in der

Lage der einzelnen Teile nach dem Zusammen— spannen,

Fig» 3 eine schematische Darstellung der laufenden Verformung des verformbaren Scheibe bei ihrem axialen Zusammendrücken und

Figo 4 eine zum Teil abgebrochene perspektivische Darstellung der verformbaren Scheibe in der ursprünglichen Gestalt»

In Figo 1 ist ein Kugelkopfzapfen 1 dargestellt, j der mit einem Träger 2 verbunden werden solle Der Kugelkopf- j

: i

zapfen 1 hat einen teilkugelförmigen Kopf 3 mit einem Schaftteil 4, an den sich ein konisches S_cha.ftteil 5 anschliesst, j

j das in ein Gewindeteil 6 übergeht» Der ^räger 2 enthält eine '

j konische Bohrung 7 zur Aufnahme des konischen Schaftteils 5 ο Auf das Gewindeteil 6 istjeine Mutter 10 aufschraubbar, die '.

j einen grossen Widerstand beim Aufschrauben aufweist_o Obwohl ^: die Ausbildung der Mutter für diesen Zweck in beliebiger bekannter Weise gewählt werden kann, ist die im Ausführungsbeispiel gewählte vorzuziehen. Hier ist in die Bohrung der Mutter

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ein glatter Ring 11 aus verformbarem Werkstoff, z₀B₀Hylon, ein- ; gesetzt. !

Die Mutter 10 kann auf das Gewindeteil 6 zunächst leichtlaufend auggeschraubt werden, ohne dass auf den Kugelkopf«¹ zapfen 1 ein wesentliches Drehmoment übertragen wirdo Kommt ;je~ |

doch der Ring 11 in den bereich der Gewinde des Gewindeteils 6, j so "bedingt die Verformung des Rings eine erhebliche Vergrösse- j rung des Widerstands, so dass ein erheblich grösseres Drehmo- j ment zum weiteren Aufschrauben der Mutter 10 erforderlieh ist. S Um dann ein Drehen des Kugelkopfζapgens zu verhindern.muss zur j gleichen Zeit ein entsprechend grosses Drehmoment am Kugelkopfzapfen wirksam werden,. Die Gestalt des Kuge lkopf zapf ens, die ja eine leichte Bewegung ermöglichen soll, sowie die Unmöglichkeit ein Werkzeug zum Festhalten anzusetzen» Auch das Einsetzen des Kopfes in einen zweiten Träger kann sin Drehen des Kugelkopfzapfens nicht unterbinden«

Für diesen Zweck ist erfindungsgemäss eine verformbare Scheibe 15 vorgesehen, die das Gewindeteil 6 des Kugelkopfzapfens frei umgibt und zwischen dem Träger 2 und der Mutter 10 angeordnet ist. Sie erleichtert das Festspannen des Kugelkopfzapfens und gibt zugleich die Zuverlässigkeit der hergestellten Verbindung an₀ Die verformbare Scheibe 15 hat ursprünglich eine '■ solche axiale Länge, dass beim anfänglichen leichtgängigen Nie- ! derschrauben der Mutter 10 die Scheibe eine ausreichende axiale Kraft überträgt, um eine Bewegung des Kugelkopfzapfens 1 nach oben in Figo 1 zu bewirken, so dass sein konisches Schaftteil 5

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zur vollen Anlage gegen die konische Bohrung 7 des Trägers 2 gelangte Hierdurch wird eine» Relativdrehung des Kugelzapfens zum Träger entgegengewirkt, während die Mutter 10 weiter niedergeschraubt wird ο

Die verformbare S_cheibe 15 hat ursprünglich einen G-förmigen Querschnitt mit einer bogenförmigen Wulst 16 und zwei einwärts gekrümmten Schenkeln 17, deren innere Ränder mindestens parallel zueinander gerichtet sind, vorzugsweise aber, wie in der eichnung dargestellt etwas aufeinander zu gerichtet sind_o

Die verformbare Scheibe 15 besteht aus einen leicht: verformbaren Werkstoff, beispielsweise Kupfer oder Stahl und kann aus einem nahtlosen Rohr gefertigt werden«, Beispielsweise kann ein Rohr aus SAE 1008/1010 Stahl verwendet werden, das ι 12,7 mm lang ist und einen Aussendurchmesser vo» 17»27 mm hat_o i Der Aussendurchmesser ist hierbei wesentlich grosser als der , Aussendurchmesser des Gewindeteils 6« Das Rohr wird verschiedenen Ziehvorgängen unterzogen, um die Schenkel 17 in der in j Pig, 1 gezeichneten Gestalt zu bilden,, Beim Bilden der S_chenkel| erhält der Werkstoff in diesem ^Bereich erhebliche Druckspannung gen, die von besonderer Bedeutung für die Art und Weise dee , später erfolgenden Zusammendrückens der Scheibe sind. Beim Strecken der Schenkel 17 verlagert sich der mittlere Teil nach \ aussen um etwa 4 bis 7°, um die bogenförmige Wulst 16 zu bilde Damit erhält die Scheibe 15 eine etwa tonnenförmige Gestalt, wie sie Figo 4 erkennen lässt₀

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Die ursprüngliche Form der Scheibe 15 ist in Fig. 1 und der \

i obersten darstellung in Figo 3 dargestellt. Der Innendurch- ! messer im Bereich der Schenkel 17 ist ausreichend gross, um ; das Gewindeteil 6 des Kugelkopfzapfens 1 frei zu umgeben, so- ■

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dass niemals eine -"erührungs zwischen diesen Teilen eintritt, j Die ursprüngliche axiale Länge der Scheibe 15 muss | so ermittelt werden, dass das konische Schaftteil 5 voll gegen j die konische Bohrung 7 des ^rägers 2 bewegt werden kann und die Mutter auf das Gewindeteil einige Gänge aufgeschraubt werden kann, ohne dass jedoch der Ring 11 in Berührung mit dem

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Gewindeteil 6 gelangte Dann liegt der eine Schenkel/gegen die obere Fläche des Trägers 2 an und der andere Schenkel 17 gegen die untere Fläche der Mutter 10. Beim weiteren iTiederschrauben der Mutter 10 wird dass die Seheibe 15 axial zusammengedrückt und übt eine ausreichende axiale Krat auf den Kugelkopfzapfen aus, dass dieser ohne sich zu drehen gegen den Träger gespannt wird, !fach völligem Fiederschrauhen der Mutter 10 ist die Scheibe 15 völlig zusammengedrückt, so dass ihre Schenkel ge~ geneinander anliegen, wie dies in der untersten -Darstellung in Fig„ 5 und in Fig. 2 dargestellt ist₀ Das Zusammendrücken der Scheibe 15 erfolgt hierbei etwa um die axiale Mittelinie der Wulst 16.

Fig«, 3 veranschaulicht die fortschreitende Yerfor~ mung der Scheibe 15 während ihres Zusammendrückens, während welcher 2_eit keinerlei Berührung mit dem Gewindeteil 6 erfolgt J Vie die Darstellung der Figo 3 zeigt, biegen sich bei Beginn

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des Zusammendrüekens die Schenkel 17 einwärts infolge der Ausdehnung im Wulstbereieh und der hohen Druckspannungen an den Enden der Schenkel. Späterhin erfolgt eine erhebliche Ausdehnung des ¥ulstbereichs nach aussen, wobei sich der Innen-t durchmesser der Scheibe erhöht, so dass eventuell auftretende Seitenverlagerungen zwischen den zu verspannenden eilen in— ; folge nicht genau parallel liegender Spannflächen aufgenommen werden können« Die Linien A-A in Pig« 5 zeigen die Änderungen : des Innendurchmessers im Bereich der Schenkel 17 während des | Zusammendrüekens der Scheibe,, Erst, wenn sich die Schenkel 17 ■ berühren (zweite Darstellung von unten in Figo3) beginnt der \

Innendurchmesser wieder abzunehmen«, Auch im völlig zusammengedrücktem Zustand der Scheibe 15 ist. aber der innendurchmesser ausreichend gross, um eine Berührung mit den Gewindegängen des s Gewindeteils 6 zu unterbinden,.

Das endgültige Zusammendrücken der Seheibe 15 in ; die in I¹Xg₀ 2 und I¹Ig₀ 5 unten dargestellte Form muss eintretet., bevor die Grenze des Drehmoments der Mutter 10 erreicht ist, | und nachdem die vorgegebenen Anpressungskraft am konischen j Schaftteil 5 des Kugelkopf zapf ens erreicht ist«, Bei richtiger Dimensionierung der Scheibe 15 kann dann die voll zusammengedrückte Scheibe 15 als sichtbares Zeichen für die ordnungsge- j masse herstellung der Verbindung benutzt werden. :

Aus den D_arsteHungen der Figo 5 ist auch ersichtlich, dass zwischen den Schenkeln 17 der Scheibe und den Gegen-* flächen am Träger 2 und der Mutter 10 eine gewisse Rollbewegung

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eintritt, so dass unterschiedliche Teile der Schenkel beansprucht werden, während das Zusammendrücken erfolgt. Dieser dauernde Wechsel der Berührungsflächen verhindert örtliche Überhitzungen und Verschweißung. Örtliche Überhitzungen und Verschweißung können aber auch unterbunden werden, wenn die Aussenfläche der verformbaren Scheibe 15 mit einem Schmiermittel, Z₀B₀ Öl oder einem Überzug aus Phosphat versehen wird. Beim Einbau in ein Kraftfahrzeug ist ein Überzug aus Phosphat als üblicher Korrosionsschutz zweckmässig. Jedoch sind diese Maßnahmen nicht zwingend notwendig, da die Gestalt der Scheibe bereits diese Mangel nicht auftreten lässt_e

Der Ring 11 in der Bohrung der Kutter 10 gibt ein vorgegebenes Spannmoment für die Mutter. Es könnten jedoch auch andere bekannte Ausführungsformen von Einrichtungen verwendet werden₉ die eine Yergrösserung des Widerstands gegen das Schrauben bedingen«, Sie müssen jedoch so eingegliedert werden, dass die zuvor beschriebene Punktion beim -^erstellen der Verbindung eintritt«

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L e e r s e i \ e

Claims

Pate-·' "w-\*

*■"■-■■"-* 22. Juni 1978

W-w-3280

General Motors Corporation, Detroit (Mich_o), WSt₀A₀

Verbindung eines Kugelkopfzap£ens mit einem Träger

Patentansprüche:

1.,Verbindung eines Kugelkopfzapfens mit einem eine konische Bohrung aufweisenden Träger, bei der ein konischer Schafteil des Kugelkopfzapfens in Anlage gegen die konische Bohrung des trägers durch eine auf ein Gewindeteil des Kugelkopfzapfens aufgeschraubte Mutter gespannt ist, wobei eines der Gewinde mit verformbaren Einrichtungen versehen ist, die nach Aufschrauben um einige Gänge mit dem anderen Gewinde in Berührung kommen und den Widerstand gegen das Aufschrauben vergrössern, und wobei beim Aufschrauben eine Relativdrehung zwischen dem Kugelkopfzapfen und dem Träger unterbunden ist, dadurch gekennzeichnet^ dass zwischen dem Träger (2) und der Mutter (10) das Gewindeteil (6) des Kugelkopfzapfens (1) frei umgebend eine verformbatoe--: Scheibe (15) angeordnet ist, die ursprünglich C-förmigen Querschnitt mit einer bogenförmigen Wulst (16) und zwei einwärts gekrümmten Schenkeln (17) aufweist, deren Enden so ausgebildet sind,

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dass sie sich beim axialen Zusammendrücken der Scheibe nähern, dass die axiale Länge der Scheibe so gewählt ist, dass beim Aufschrauben der Mutter bei noch losem Sitz des Kugelkopfzapfens im Träger der eine Schenkel gegen den Träger und der andere Schenkel gegen die Mutter zur Anlage kommt, bevor die den Widerstand vergrössernden Einrichtungen wirksam werden und die Scheibe eine axiale Bewegung des Kugelkopfzapfens unter Verhindern des Drehens bis zur vollen Anlage gegen die konische Bohrung (7) des Trägers bewirkt, und dass beim weiteren Lieder-Schrauben der Mutter die den Widerstand vergrössernden Einrichtungen (11) verformt und die Scheibe laufend bis zur Anlage ihrer Schenkel gegeneinander zusammengedrückt wird_o

2o Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (15) ursprünglich so ausgebildet ist, dass die Ränder ihrer Schenkel (17) aufeinander zu gerichtet sind, und dass das axiale Zusammendrücken um die axiale Mittelliaie der Wulst (16) erfolgt.

3β Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Widerstand vergrössernden Einrichtungen aus einem Ring (11) aus verformbaren Werkstoff bestehen, der in die Bohrung der Mutter (10) eingesetzt ist,

4. Verfahren zum ^erstellen der Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das konische Schaftteil (5) des Kugelkopfzapfens (1) in die konische Bohrung (7) des Trägers (2) eingesetzt wird, die verformbare Scheibe (15) das Gewindeteil (6) des Kugelkopfzapfens frei um-

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gebend auf den Träger aufgesetzt wird und die Mutter (10) auf das Gewindeteil (6) aufgeschraubt wird, bis die Scheibe in ihre völlig zusammengedrückte Form mit gegeneinander anliegenden Schenkeln (17) zusammengedruckt ist₀

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