DE3920243C2 - Gelenkverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gelenkverbindung, insbesondere für Scheibenwischeranlagen an Kraftfahrzeugen, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Gelenkverbindungen dieser Art werden bei Scheibenwischeranlagen zur Übertragung der Bewegung einer Motorkurbel auf eine mit der Wischerwelle drehfest gekoppelte Kurbel benötigt. Dabei werden die Gelenkverbindungen in wechselnder Richtung stark belastet und bei einer nicht sachgerechten Auslegung ist ein unzulässig hoher Verschleiß und damit verbunden eine unzumutbare Geräuschbildung und schließlich eine Zerstörung nicht ausgeschlossen. Es wurden schon viele Versuche unternommen, diesem Nachteil entgegenzuwirken. So kann beispielsweise der Verschleiß durch eine geeignete Werkstoffpaarung an den stark belasteten Lagerflächen reduziert werden. Aus diesem Grund wird üblicherweise der Lagerkörper aus Stahl, die Gelenkpfanne aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt. Um eine möglichst spielfreie Lagerung des Lagerkörpers in der Gelenkpfanne zu erreichen, hat man die Gelenkpfanne unmittelbar an den Lagerkörper angeformt, das heißt beim Spritzen der Gelenkpfanne dient dieser Lagerkörper gewissermaßen als Einlegeteil im Spritzwerkzeug. Bei anderen bekannten Ausführungen hat die Gelenkpfanne einen abstehenden Kragen im Bereich der Einstecköffnung für den Lagerkörper, der durch Schlitze unterteilt ist, so daß Sektoren gebildet sind, die sich federnd an den Oberflächen des kugelgelenkbolzenartigen Lagerkörpers anlegen. Auf diese Weise sollte eine spielfreie Verbindung geschaffen werden.

Alle diese Versuche haben bisher nicht zu einer voll zufriedenstellenden Lösung geführt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkverbindung dieser Art so weiterzubilden, daß sie mit möglichst einfachen Werkzeugen ohne großen Kostenaufwand herstellbar ist, aber dennoch den wechselnden Belastungen auch nach längerer Betriebszeit standhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt dabei die Überlegung zugrunde, daß die aneinander anliegenden Lagerflächen an dem Lagerkörper bzw. der Gelenkpfanne nicht wie dies bisher üblich ist und auch angestrebt wurde - die exakt identische Kontur aufweisen sollten. Vielmehr läßt sich eine spielfreie Gelenkverbindung auch dann herstellen, wenn man eine weitgehend übereinstimmende Form der aneinander liegenden Lagerflächen nur im Bereich der die Zug- und Druckkräfte übertragenden Symmetrieebene oder Mittelebene vorsieht, während außerhalb dieser Symmetrieebene Lagerflächenabschnitte an der Gelenkpfanne mit einer definierten, im wesentlichen in Richtung der Symmetrieachse wirkenden Vorspannung am Lagerkörper anliegen, wobei diese Vorspannung gleichmäßig über den Umfang des Lagerkörpers verteilt ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen mit einem geschlitzten Kragen wird hier durch ringförmige, geschlossene Anlage von Lagerflächenabschnitten an der Gelenkpfanne eine enger tolerierbare Vorspannung ermöglicht, die einerseits noch ein verhältnismäßig leichtes Einknöpfen des Lagerkörpers in die Gelenkpfanne zuläßt, die aber andererseits auch bei größeren Belastungen eine spielfreie Anlage gewährleistet. Da andererseits im Bereich der Symmetrie- oder Mittelebene die aneinander anliegenden Lagerflächen die gleiche Kontur haben, wird eine leichtgängige Relativbewegung der beiden Teile der Gelenkverbindung nicht beeinträchtigt.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden, wobei man vor allem auch darauf Wert legen muß, daß das Werkzeug zur Formung der Gelenkpfanne einfach herzustellen ist. Bei einer ersten Lösung sind die Lagerflächenabschnitte an der Gelenkpfanne kugelig ausgebildet, wobei durch Versatz des Mittelpunktes dieser kugeligen Lagerflächenabschnitte die definierte Vorspannung nach der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Werkzeuge mit kugeligen Formflächen sind ohne Schwierigkeiten herstellbar.

Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zwar keine kugelige Lagerfläche vorgesehen, aber die Herstellung eines solchen Werkzeuges für eine Lagerfläche nach Anspruch 4 bereitet dennoch keine Schwierigkeiten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Gelenkverbindung,

Fig. 2 in übertriebener, nicht maßstäblicher Darstellung einen Vergleich der Lagerflächenabschnitte der Gelenkpfanne mit den zugehörigen Oberflächen am Lagerkörper und

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 bei einem anderen Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Gelenkbolzen bezeichnet, der einen balligen, kugelartigen Lagerkörper 11 und einen im wesentlichen zylindrischen Befestigungszapfen 12 sowie auf der gegenüberliegenden Seite einen Anschlag 13 aufweist. Dieser Gelenkbolzen 10 ist mit einer Kurbel 15 eines Gestänges einer Scheibenwischeranlage vernietet. Der Aufbau ist bekannt, so daß sich weitere Erläuterungen insoweit erübrigen.

Zu der Gelenkverbindung gehört außerdem eine Gelenkpfanne 20 aus Kunststoff, die in eine Bohrung 21 einer Gelenkstange 22 eingeknöpft oder auch eingespritzt ist. Diese Gelenkpfanne 20 ist hutartig ausgebildet, wobei durch den Abschnitt 23 die Gelenkverbindung zur einen Seite hin abgedeckt ist. Auch dieser Aufbau ist prinzipiell bekannt, so daß sich weitere Ausführungen hier erübrigen.

Für die vorliegende Erfindung wesentlich ist nun die Ausbildung der aneinander anliegenden Flächenabschnitte am Lagerkörper bzw. der Gelenkpfanne. Bei der Ausführung nach Fig. 2 hat der Lagerkörper 11 eine kugelige Form. Beidseits einer Symmetrieebene S hat dieser Lagerkörper 11 Abschnitte 16 mit kugeliger Kontur, wobei der Mittelpunkt MK in dieser Symmetrieebene S liegt. Der Radius dieser kugeligen Abschnitte 16 ist in Fig. 2 mit RK bezeichnet. Die beiden Abschnitte 16 haben vorzugsweise beide die gleiche Höhe H beidseits der Symmetrieebene S, die senkrecht zur Symmetrieachse A des Befestigungszapfens 12 ausgerichtet ist.

In Fig. 2 ist nun im Vergleich zu dieser Oberfläche des Lagerkörpers 11 die Kontur der Lagerflächenabschnitte 26 der noch unbelasteten, also nicht auf den Lagerkörper 11 aufgesetzten Gelenkpfanne 20 dargestellt. Auch diese Lagerflächenabschnitte 26 sind kugelig ausgebildet, wobei der Radius RP dem Radius RK des Lagerkörpers 11 entspricht. Allerdings sind die Mittelpunkte MP dieser Lagerflächenabschnitte 26 versetzt zum Mittelpunkt MK des Lagerkörpers 11 angeordnet. Dabei ist der Mittelpunkt MPA des auf der oberen Seite der Symmetriebene S liegenden Lagerflächenabschnittes 26A auf der anderen Seite dieser Symmetrieebene S angeordnet. Entsprechendes gilt auch für den Mittelpunkt MPB des anderen Lagerflächenabschnittes 26B. Damit ergibt sich, daß die Kontur dieser Lagerflächenabschnitte 26 mit größerem Abstand von der Symmetrieebene S zunehmend von der Kontur des Lagerkörpers 11 abweichen, und zwar so, daß außerhalb dieser Symmetrieebene S die Lagerflächenabschnitte 26 mit einer definierten, im wesentlichen in Richtung der Symmetrieachse A des Befestigungsansatzes 12 wirkenden, gleichmäßig über den Umfang des Lagerkörpers 11 verteilten Vorspannung an dem benachbarten Oberflächenabschnitt 16 des Lagerkörpers anliegen. Diese Verhältnisse sind natürlich erst dann gegeben, wenn der Lagerkörper 11 in die Gelenkpfanne 20 eingeknöpft ist. Auf diese Weise wird also eine definierte Vorspannung erzeugt, die sich geräuschmindernd und verschleißreduzierend auswirkt.

Zur Ausführung nach Fig. 2 ist darauf hinzuweisen, daß auch in der Symmetrieebene S die Gelenkpfanne mit einer allerdings sehr geringen radialen Vorspannung am Lagerkörper 11 anliegt. Dies liegt daran, daß die Distanz D vom Mittelpunkt MP zur Trennlinie 17 zwischen den beiden Abschnitten 16A, 16B am Lagerkörper 11 geringfügig größer ist als der Radius RP, wenn man RP und RK gleichsetzt. Diese Unterschiede sind aber in der Praxis so gering, daß sie keine wesentliche Rolle spielen. Im übrigen könnten durchaus die Verhältnisse auch so gewählt werden, daß der Radius RP der Lagerflächenabschnitte 26 an der Gelenkpfanne 20 geringfügig größer gewählt wird als der Radius RK des Lagerkörpers 11. In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Mittelpunkte MPA und MPB um das gleiche Maß aus der Symmetrieebene S heraus versetzt sind. Dies ist nicht unbedingt notwendig, aber vorteilhaft, weil dann das Werkzeug wegen der weitgehenden Symmetrie einfach herstellbar ist.

In Fig. 3 ist nun eine Ausführung dargestellt, bei der die Gelenkpfanne von einer Kugelform abweichende Lagerflächenabschnitte aufweist. Der Lagerkörper 11 selbst ist dagegen gegenüber der Ausführung nach Fig. 2 unverändert, hat also kugelige Abschnitte 16 um den Mittelpunkt MK mit dem Radius RK. Die Lagerflächenabschnitte 36A und B an der Gelenkpfanne haben eine Form, die entsteht, wenn man eine kugelige Leitlinie L mit dem Radius RP um die Symmetrieachse A dreht, wobei der Mittelpunkt MP dieser kugeligen Leitlinie L in der Symmetrieebene S im Abstand V neben der Symmetrieachse A liegt. Dabei sind die Verhältnisse so gewählt, daß die Differenz zwischen dem Radius RK des Lagerkörpers 11 und dem Radius RP der kugeligen Leitlinie L dem Abstand V zwischen den beiden Mittelpunkten MK und MP entspricht, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Auf diese Weise wird nämlich eine exakte Anpassung der Oberflächen in der Symmetrieebene S, also der Hauptbeanspruchungsrichtung, erreicht. Andererseits weicht mit zunehmendem Abstand von der Symmetrieebene S die Form der Lagerflächenabschnitte 36a, 36b von der Form des Lagerkörpers 11 ab, wie das aus Fig. 3 hervorgeht. Andererseits bedeutet dies, daß nach der Montage von Gelenkpfanne 20 und Lagerkörper 11 die Lagerflächenabschnitte 36A und 36B mit einer definierten, gleichmäßig über den Umfang verteilten Vorspannung auf dem Lagerkörper aufliegen.

Insgesamt ist damit auf einfache Weise eine Gelenkverbindung geschaffen, bei der der Lagerkörper in der Gelenkpfanne mit einer gewissen Vorspannung in Achsrichtung des Befestigungszapfens gehalten ist.

Claims (5)

1. Gelenkverbindung, insbesondere für Scheibenwischer­ anlagen an Kraftfahrzeugen, mit einem Gelenkbolzen mit einem Befestigungszapfen und einem balligen Lagerkörper sowie mit einer den Lagerkörper aufnehmenden Gelenkpfanne, die beider­ seitig einer Symmetrieebene senkrecht zum Wischarm des Be­ festigungszapfens Lagerflächenabschnitte aufweist, deren Form auf die Form der Oberfläche des Lagerkörpers derart abge­ stimmt ist, daß in der besagten Symmetrieebene eine spiel­ freie Anlage ohne wesentliche radiale Vorspannung gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb dieser Symmetrie­ ebene (S) wenigstens einer der beiden Lagerflächenabschnitte (26, 36) mit einer definierten, im wesentlichen in Richtung der Symmetrieachse (A) des Befestigungszapfens (12) wirken­ den, gleichmäßig in Umfangsebenen parallel zur Symmetrieebene (S) verteilten Vorspannung am Oberflächenabschnitt (16) des Lagerkörpers (11) anliegt.

2. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung (10) einen kugeligen Lagerkörper (11) aufweist und daß die Gelenkpfanne (20) kugelige Lagerflächenabschnitte (26) aufweist, wobei der Radius (RK) des Lagerkörpers dem Radius (RP) der Lagerflächenabschnitte (26) entspricht, und daß der Mittelpunkt (MPA) eines auf der einen Seite der Symmetrieebene (S) liegenden Lagerflächenabschnittes (26a) auf der anderen Seite dieser Symmetrieebene (S) liegt.

3. Gelenkverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte (MPA, MPB) beider Lagerflächenabschnitte (26A, 268) aus der Symmetrieebene (S) heraus versetzt sind.

4. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkpfanne einen Lagerflächenabschnitt (36) aufweist, der durch Drehung einer kugeligen Leitlinie (L) um die Symmetrieachse (A) des Befestigungszapfens (12) entsteht, wobei der Radius (RP) dieser kugeligen Leitlinie (2) kleiner ist als der Radius (RK) des kugeligen Lagerkörpers (11) und der Mittelpunkt (MP) der kugeligen Leitlinie (2) in der Symmetrieebene (S) im Abstand (V) neben der Symmetrieachse (A) liegt.

5. Gelenkverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Radius (RK) des Lagerkörpers und dem Radius der kugeligen Leitlinie (RP) gleich dem Abstand (V) zwischen dem Mittelpunkt (MP) der kugeligen Leitlinie (2) und der Symmetrieachse (A) ist.