DE8420206U1 - Swivel joint with a pivot pin pivoted on several levels - Google Patents
Swivel joint with a pivot pin pivoted on several levelsInfo
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Drehgelenk mit einem in mehreren Ebenen schwenkbar gelagerten Gelenkzapfen Swivel joint with a pivot pin pivoted in several planes
Die Neuerung bezieht sich auf ein Drehgelenk der ii?i Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 genannten Art.The innovation relates to a swivel joint of the ii? I generic term of the protection claim 1 mentioned Art.
Derartige Drehgelenke werden auf den verschiedensten Gebieten der Technik eingesetzt, z. B. als Spurstangengeienke für die lenkbaren Räder eines Kraftfahrzeuges, wo die einenends an den Radträgern der Räder angelenkten und anderenends über die Spurstangengelenke mit dem Lenkgetriebe (z. B. Zahnstange) in Verbindung stehenden Spurstangen nicht nur dem Ein- und Ausfedern, sondern auch den Lenkbewegungen der Räder folgen müssen; die Spurstangen und damit auch die mit ihnen verbundenen Gelenkzapfen der Spurstangengelenke müssen also in sehr unterschiedlichen Ebenen verschwenkt werden können.Such swivel joints are used in a wide variety of technical fields used, e.g. B. as a tie rod joint for the steerable wheels of a motor vehicle, where the one end is linked to the wheel carriers of the wheels and the other end via the tie rod joints with the steering gear (e.g. rack) connected tie rods not only have to follow the compression and rebound, but also the steering movements of the wheels; the tie rods and thus also the pivot pins of the tie rod joints connected to them must therefore be able to be pivoted in very different planes.
Im allgemeinen werden für solche Drehgelenke Kugelgelenke eingesetzt, bei denen eine den Gelenkzapfen tragende Lagerkugel in einem eine kugelige Lagerschale aufweisenden Lagergehäuse allseitig schwenkbar gelagert ist.In general, ball joints are used for such swivel joints which a bearing ball carrying the pivot pin is mounted pivotably on all sides in a bearing housing having a spherical bearing shell.
Die Krümmung der Kurve, die das Ende des Gelenkzapfens bzw. das Ende einer damit verbundenen Stange, insbesondere Spurstange, beim Verschwenken durchläuft, hängt von der Länge des Gelenkzapfens bzw. der Stange (z. B. Spurstange) ab. Je länger die Stange, desto geringer die Kurvenkrümmung.The curvature of the curve representing the end of the pivot pin or the end a rod connected to it, in particular a tie rod, passes through when pivoting, depends on the length of the pivot pin or the rod (e.g. Tie rod). The longer the bar, the less the curve curvature.
Es gibt nun Fälle, in denen eine möglichst wenig gekrümmte Kurve angestrebt wird, andererseits zur Unterbringung der dazu benötigten langen Gelenkzapfen-Stange aber der notwendige Bauraum nicht zur Verfügung steht. Solche einander widersprechende Anforderungen ergeben sich häufig auch im ZusammenhangThere are now cases in which a curve that is as little curved as possible is sought is, on the other hand, to accommodate the long pivot rod required for this but the necessary installation space is not available. Such each other contradicting requirements often arise in connection
Vorsitzender Vorstand: Dr. rer. pB^Caf. y. Hfehn,;vpr3iJz?ndeT ·■ Hoist _Münzner, stellv. Vorsitzender - Claus Borgward - ICarl-Heinr Briam Chairman of the Board: Dr. rer. pB ^ Caf. y. Hfehn,; vpr3iJz? NdeT · ■ Hoist _Münzner, Deputy Chairman - Claus Borgward - ICarl-Heinr Briam
des Aufsichtsrats: Prof. Dr. techn-Ernst F$!a :-"di.1ur,!»s!ei Frf rk.» Of ju J. ij/öllpang R. Habael ■ Günter Hartwien · Dr. rer. pol. Werner P-Scnroidt Karl Gustaf Ratjen Dr. rer. pol. Rolf SelowsVy * "" '* SrW Ver Cfeselifdiaft: Wolfsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB of the Supervisory Board: Prof. Dr. techn-Ernst F $! a: - "di.1ur,!» s! ei Frf rk. » Of ju J. ij / öllpang R. Habael ■ Günter Hartwien · Dr. rer. Pol. Werner P-Scnroidt Karl Gustaf Ratjen Dr. rer. Pol. Rolf SelowsVy * "" '* SrW Ver Cfeselifdiaft: Wolfsburg District Court Wolfsburg HRB
mit der Auslegung der Lenkung eines Kraftfahrzeuges. Dort muß angestrebt wenden, daß die Kurve, die das am Radträger angelenkte Ende der Spurstange beim Ein- und Ausfedern des Rades durchlaufen muß, nicht zu stark gekrümmt jwith the design of the steering of a motor vehicle. There must be sought turn that curve that the end of the tie rod hinged on the wheel carrier must go through during compression and rebound of the wheel, not too strongly curved j
ist, weil sonst beim Ein- und Ausfedern des Rades zwangsläufig zu starke Ungewollte Lenkbewegungen des Rades auftreten. Da andererseits ausreichender Platz zur Unterbringung einer vergleichsweise langen Spurstange oft nicht zur Verfugung steht, ist man zu einem Kompromiß zwischen der gewünschten möglichst geradlinigen Kurve beim Ein- und Ausfedern einerseits und der Länge der Spurstange andererseits gezwungen.because otherwise the compression and rebound of the wheel will inevitably be too strong Unintentional steering movements of the wheel occur. On the other hand, it is more sufficient Space to accommodate a comparatively long tie rod is often not available, you have to compromise between the desired one As straight a curve as possible during compression and rebound on the one hand and the length of the tie rod on the other.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehgelenk der im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 genannten Art so zu verbessern und weiter auszugestalten, daß das freie Ende des Gelenkzapfens bzw. einer Gelenkzapfen-Stange zumindest in einer Schwenkebene in einem bestimmten Winkelbereich eine Kurve vergleichsweise geringer Krümmung durchläuft, wie sie sonst nur bei Verwendung wesentlich längerer Gelenkzapfen-Stangen erzielt wird.The innovation is based on the task of a swivel joint in the generic term of the protection claim 1 mentioned type to improve and further develop that the free end of the pivot pin or a pivot pin rod at least compares a curve in a swivel plane in a certain angular range runs through a slight curvature, as it is otherwise only achieved when using much longer pivot pin rods.
Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst.According to the innovation, this task is achieved by the distinguishing features of claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Neuerung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the innovation are in the Subclaims indicated.
Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Neuerung nachstehend näher erläutert.Based on two exemplary embodiments shown in the drawing, the The innovation is explained in more detail below.
In der Zeichnung zeigen in zum Teil geschnittener DarstellungIn the drawing show a partially cut representation
~ Fig.51 'ein erstes Ausführungsbeispiel des neuerungsgemäßen Drehgelenks in einer ersten Ansicht,~ Fig. 5 1 'a first embodiment of the swivel joint according to the innovation in a first view,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des in Fig. 1 gezeigten Drehgelenks entlang der Schnittführung IT,FIG. 2 shows a sectional illustration of the swivel joint shown in FIG. 1 along the IT line,
Fig. 3a ein zweites Ausführungsbeispiel des neuerungsgemäßen Drehgelenks in einer der Fig. 1 entsprechenden Ansicht,3a shows a second embodiment of the innovation according to the invention Swivel joint in a view corresponding to FIG. 1,
: ίΓ·. · ι: ίΓ ·. · Ι
Fig. 3b das gleiche Drehgelenk in einer aus seiner Grundstellung verschwenkten Stellung und3b shows the same swivel joint in a position pivoted from its basic position and FIG
Fig. k die mittels des neuerungsgetnäßen DrehgelenksFig. K by means of the rotary joint according to the innovation
erzielbare Kurvenbahn des Gelenkzapfen-Stangenendes im Vergleich zu zwei verschiedenen konventionellen Anordnungen.achievable curve path of the pivot pin rod end compared to two different conventional ones Arrangements.
Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele stellen Spurstangengelenke dar, und zwar innere Axiaigelenke einer Zähnstangenlenkung.The exemplary embodiments shown in the drawing represent tie rod joints represent, namely inner axial joints of a rack and pinion steering.
Diese Drehgelenke bestehen in üblicher Weise aus einem Gehäuse 3 und einem darin in mehreren Ebenen schwenkbar gelagerten Gelenkzapfen 1. Das ins Gehäuse 3 hineinragende Ende des Gelenkzapfens trägt zwei starr miteinander verbundene kugelartige Lagerkörper 2a und 2b, die im Abstand zueinander und derart angeordnet sind, daß eine durch ihre Mittelpunkte 21a und 21b gelegte Gerade C einen Winkel mit der Längsachse D des Gelenkzapfens 1 einschließt.These swivel joints consist in the usual way of a housing 3 and a hinge pin 1 pivoted in several planes therein. The end of the hinge pin protruding into the housing 3 carries two rigidly with one another connected ball-like bearing bodies 2a and 2b, which are arranged at a distance from one another and in such a way that one through their centers 21a and 21b The straight line C placed at an angle with the longitudinal axis D of the pivot pin 1 includes.
Durch die Verwendung zweier kugelartiger Lagerkörper wird ein Drehgelenk geschaffen, das in einer definierten ersten Schwenkebene, die in den Figuren 1, 3a und 3b der Zeichenebene entspricht, zwei verschiedene Drehpunkte besitzt. Von seiner in den Figuren 1 und 3a dargestellten Grundstellung ausgehend kann der Gelenkzapfen 1 in eine mit E bezifferte erste Richtung um einen definierten ersten Drehpunkt A und in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung F um einen im Abstand zum definierten ersten Drehpunkt A liegenden definierten zweiten Drehpunkt B geschwenkt werden. Die räumliche Lage dieser beiden definierten Drehpunkte A und B ist durch die Mittelpunkte 21a und 21b der Lagerkörper 2a und 2b des in seiner Grundstellung befindlichen Gelenkzapfens 1 festgelegt.The use of two spherical bearing bodies creates a swivel joint created that in a defined first pivot plane, which corresponds to the plane of the drawing in Figures 1, 3a and 3b, two different pivot points owns. Starting from its basic position shown in FIGS. 1 and 3a can the pivot pin 1 in a first direction numbered with E around a defined first pivot point A and in a direction to the first opposite second direction F is pivoted about a defined second pivot point B located at a distance from the defined first pivot point A will. The spatial position of these two defined pivot points A and B. is determined by the center points 21a and 21b of the bearing body 2a and 2b of the pivot pin 1 located in its basic position.
In Fig. 1 ist der in Richtung E geschwenkte und mit einer angedeuteten Spurstange 11 verbundene Gelenkzapfen 1 gestrichelt dargestellt und die Spurstange in dieser Lage mit II1 beziffert.In Fig. 1, the pivot pin 1 pivoted in the direction E and connected to an indicated tie rod 11 is shown in dashed lines and the tie rod is numbered II 1 in this position.
Die Gehäuseinnenwandung 31 besitzt in dem in der definierten ersten Schwenkebene verlaufenden Schnitt eine zumindest annähernd tulpenförmige Kontur,The housing inner wall 31 has in the defined first pivot plane running cut an at least approximately tulip-shaped contour,
ι.ι. -6-- 6 -
wie in den Figuren 1, 3a und 3b zu erkennen ist» Diese Kontur ist derart ausgebildet, daß sich der jeweils benachbarte Lagerkörper gleitend an der Gehäuseinnenwandung 31 abstützt, wenn der Gelenkzapfen 1 in der definierten ersten Schwenkebene um den Mittelpunkt des anderen Lagerkörpers als Drehpunkt geschwenkt wird. Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß sich z. B. der Lagerkörper 21a an der in der Zeichnung oben liegenden Gehäuseinnenwandung 31 gleitend abstützt, wenn der Gelenkzapfen 1 urn den Drehpunkt A, der durch den Mittelpunkt 21b des anderen Lagerkörpers 2b gebildet wird, geschwenkt wird. In entsprechender Weise würde sich der Lagerkörper 2h an der unten liegenden Gehäuseinnenwandung abstützen, wenn der Gelenkzapfen 1 um den Drehpunkt B, der durch den Mittelpunkt 21a des Lagerkörpers 2a gebildet wird, in Richtung F geschwenkt würde.As can be seen in FIGS. 1, 3a and 3b, »This contour is such designed that the respective adjacent bearing body is slidably supported on the housing inner wall 31 when the pivot pin 1 is in the defined first pivot plane around the center of the other bearing body as a pivot point is pivoted. From Fig. 1 it can be seen that z. B. the bearing body 21a on the housing inner wall 31 located at the top in the drawing supported when the pivot pin 1 is around the pivot point A, which is through the center point 21b of the other bearing body 2b is formed, is pivoted. In a corresponding manner, the bearing body 2h would be located on the one below Support the inner wall of the housing when the pivot pin 1 about the pivot point B, which is formed by the center point 21a of the bearing body 2a, in the direction F would be panned.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 stützen sich die Lagerkörper 2a und 2b unmittelbar an der Gehäuseinnenwandung 31 ab. Deren - in der dargestellten Schnittebene - tulpenförmige Kontur weist hierbei zwei verschieden stark gekrümmte Bereiche auf, nämlich jeweils einen vom Gehäuseboden ausgehenden stärker gekrümmten ersten Bereich 31a und einen daran anschließenden und sich bis zur Gehäuseöffnung 33 erstreckenden schwächer gekrümmten zweiten Bereich 31b. Der stärker gekrümmte erste Bereich 31 b-ssitzt dabei einen Krümmungsradius, der dem Radius r des ihm benachbarten kugelartigen Lagerkörpers entspricht, wobei der Krümmungsmittelpunkt durch den benachbarten definierten Drehpunkt gebildet ist. Der Krümmungsradius R des schwächer gekrümmten zweiten Bereiches 31b entspricht der Summe des Radius1 r und dem Abstand der beiden definierten Drehpunkte A und B, wobei der Krümmungsmittelpunkt durch den anderen, d. h. nicht unmittelbar benachbarten definierten Drehpunkt gebildet ist. Wenn das Drehgelenk, wie in den Ausführungsbeispielen, symmetrisch aufgebaut ist, d. h. die beiden Lagerkörper 2a und 2b gleich große Kugelradien r besitzen, dann stimmt die Kontur des - in der Zeichnung - oberen Teils der Gehäuseinnenwandung 31 mit der des unteren Teils der Gehäuseinnenwandung überein.In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, the bearing bodies 2a and 2b are supported directly on the inner wall 31 of the housing. Its tulip-shaped contour - in the sectional plane shown - has two differently curved areas, namely a more strongly curved first area 31a emanating from the housing base and an adjoining, less curved second area 31b extending to the housing opening 33. The more strongly curved first region 31 b-s has a radius of curvature which corresponds to the radius r of the spherical bearing body adjacent to it, the center of curvature being formed by the adjacent defined pivot point. The radius of curvature R of the less curved second region 31b corresponds to the sum of the radius 1 r and the distance between the two defined pivot points A and B, the center of curvature being formed by the other, ie not immediately adjacent defined pivot point. If the swivel joint, as in the exemplary embodiments, is symmetrical, that is, the two bearing bodies 2a and 2b have spherical radii r of the same size, then the contour of the upper part of the housing inner wall 31 corresponds to that of the lower part of the housing inner wall - in the drawing.
In dem in den Figuren 3a und 3b dargestellten Ausführungsbeispiel stützen sich die Lagerkörper 2a und 2b nicht unmittelbar, sondern über schalenförmige Gleitkörper £, die vorzugsweise aus einem reibungsarmen Material bestehen, gleitend an der Gehäuseinnenwandung 31 ab. Dadurch wird die FlächenpressungSupport in the embodiment shown in Figures 3a and 3b the bearing bodies 2a and 2b do not move directly, but via shell-shaped sliding bodies £, which are preferably made of a low-friction material, sliding on the inner wall 31 of the housing. This increases the surface pressure
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zwischen dem Gehäuse 3 einerseits und den Lagerkörpern 2a und 2b andererseits wesentlich verringert. Abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die - in der Schnittebene - tulpenförmige Kontur der Gehäuseinnenwandung 31 hier vom Gehäuseboden 32 bis zur Gehäuseöffnung 33 gleichmäßig gekrümmt, wobei der zugehörige Krümmungsmittelpunkt durch den nicht unmittelbar benachbarten definierten Drehpunkt A bzw. B gebildet ist. Die schalenförmigen Gleitkörper k besitzen ihrerseits eine Außenkontur, die der tulpenförmigen Kontur der Gehäuseinnenwandung 31 entspricht, und eine Innenkontur, welche der kugeligen Kontur der Lagerkörper 2a bzw. 2b entspricht. Wenn der Gelenkzapfen 1 - wie in Fig. 3b dargestellt - in Richtung E verschwenkt wird, dann wird er wie in Fig. 1 um den definierten ersten Drehpunkt A geschwenkt, wobei sich der Lagerkörper 2b in der kugeligen Lagerschale des ihm zugeordneten, in seiner räumlichen Lage verharrenden Gleitkörpers k dreht. Der andere Lagerkörper wird zusammen mit dem ihm zugeordneten Gleitkörper verschwenkt. In Fig. 3b ist der geschwenkte Lager körper mit 2a", sein Mittelpunkt mit 21a1 und der zugeordnete Gleitkörper mit V beziffert.between the housing 3 on the one hand and the bearing bodies 2a and 2b on the other hand is significantly reduced. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the tulip-shaped contour of the housing inner wall 31 - in the sectional plane - is here uniformly curved from the housing base 32 to the housing opening 33, the associated center of curvature being formed by the defined pivot point A or B, which is not immediately adjacent. The shell-shaped sliding bodies k , for their part, have an outer contour which corresponds to the tulip-shaped contour of the inner wall 31 of the housing, and an inner contour which corresponds to the spherical contour of the bearing body 2a and 2b. If the pivot pin 1 - as shown in Fig. 3b - is pivoted in the direction E, then it is pivoted about the defined first pivot point A as in FIG Position of persistent sliding body k rotates. The other bearing body is pivoted together with the sliding body assigned to it. In Fig. 3b, the pivoted bearing body is numbered with 2a ", its center with 21a 1 and the associated sliding body with V.
Wenn der Gelenkzapfen 1 senkrecht zu der in der Zeichenebene der Figuren 1, 3a und 3b liegenden definierten ersten Schwenkebene ausgelenkt wird, dann wird er um eine Achse geschwenkt, welche durch die Mittelpunkte 21a bzw. 21b der beiden kugelartigen Lagerkörper 2a bzw. 2b verläuft. 3e nach dem aus welcher Stellung in der definierten ersten Schwenkebene heraus diese senkrechte Auslenkung erfolgt, ergibt sich z. B. eine Schwenkachse C oder C (Fig. d), die jeweils durch mindestens einen der beiden definierten ersten bzw. zweiten Drehpunkte A bzw. B verläuft. In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 ist der aus seiner Grundstellung senkrecht zur definierten ersten Schwenkebene ausgelenkte Gelenkzapfen 1, 21 strichpunktiert angedeutet. Die Schwenkachse verläuft hierbei durch die definierten Drehpunkte A und B.If the pivot pin 1 is deflected perpendicular to the defined first pivot plane lying in the plane of the drawing in FIGS. 1, 3a and 3b, then it is pivoted about an axis which runs through the center points 21a and 21b of the two spherical bearing bodies 2a and 2b. 3e after which position in the defined first pivot plane this vertical deflection takes place, z. B. a pivot axis C or C (Fig. D), which runs through at least one of the two defined first and second pivot points A and B respectively. In the sectional illustration according to FIG. 2, the pivot pin 1, 2 1 deflected from its basic position perpendicular to the defined first pivot plane is indicated by dash-dotted lines. The pivot axis runs through the defined pivot points A and B.
Bei Verwendung des Drehgelenkes als Spurstangengelenk für die lenkbaren Räder eines Kraftfahrzeuges, wird es so eingebaut, daß die definierte erste Schwenkebene zumindest annähernd vertikal verläuft. Die in den Figuren 1 und 3a mit E bzw. F bezifferten Schwenkrichtungen entsprechen dann einem Verschwenken nach Unten (Ausfedern) bzw. nach obeil (Einfedern). Demzufolge entspricht ein Auslenken des Gelenkzapfens in Fig. 2 einem Aüslenken der Spurstange des Kraftfahrzeuges nach vorne bzw. nach hinten.When using the swivel joint as a tie rod joint for the steerable Wheels of a motor vehicle, it is installed in such a way that the defined first pivot plane is at least approximately vertical. The one in the figures 1 and 3a with E and F numbered pivot directions then correspond to one Pivoting downwards (rebound) or upwards (compression). As a result a deflection of the pivot pin in FIG. 2 corresponds to a deflection of the Tie rod of the motor vehicle forwards or backwards.
In Fig. 4 sind zum Vergleich schematisch drei verschiedene Kurven G, H und I dargestellt, die beim Ein- und Ausfedern eines Rades vom radseitigen Spurstangengelenk einer Spurstange 11 durchlaufen werden. Die ausgezogene Kurve G ergibt sich für eine Spurstange 11 der Länge LK, deren innen liegendes Axial-Spurstangengelenk entsprechend der Neuerung mit zwei Drehpunkten A, B ausgestattet ist» Die punktierte Kurve H ergibt sich für eine konventionelle Spurstange der gleichen Länge, deren innere Gelenkstelie als Kugelgelenk K ausgebildet ist. Diese Kurve H ist trotz gleich langer Spurstange in der betrachteten Schwenkebene wesentlich stärker gekrümmt als die Kurve G, was zui recht starken ungewünschten Lenkbewegungen der Räder beim Ein- und Ausfedern führen würde. Die gestrichelte dritte Kurve I ergibt sich für eine Spurstange der Länge LK1, d. h. für eine wesentlich längere Spurstange. Ein Vergleich der Kurven G und I zeigt, daß im betrachteten Winkelbereich beide Kurven trotz der sehr unterschiedlicher Länge ihrer Spurstangen nahezu übereinstimmen.In Fig. 4, three different curves G, H and I are shown schematically for comparison, which are traversed by the wheel-side tie rod joint of a tie rod 11 during compression and rebound of a wheel. The solid curve G results for a tie rod 11 of length LK, whose inner axial tie rod joint is equipped with two pivot points A, B according to the innovation Ball joint K is formed. In spite of the tie rod of the same length, this curve H is significantly more curved than curve G in the pivot plane under consideration, which would lead to very strong undesired steering movements of the wheels during compression and rebound. The dashed third curve I results for a tie rod of length LK 1 , ie for a much longer tie rod. A comparison of curves G and I shows that in the angle range under consideration both curves almost coincide despite the very different lengths of their tie rods.
Mit dem neuerungsgemäßen Drehgelenk ist es daher möglich, die Spurstangen eines Kraftfahrzeuges kurzer als sonst üblich auszuführen. In vielen Fällen wird es erst durch Einsatz der neuerungsgemäßen Drehgelenke möglich sein, eine Zahnstangenlenkung einzusetzen, bei der die Spurstangen nicht mittig, sondern endseitig angreifen.With the swivel joint according to the innovation, it is therefore possible to use the tie rods of a motor vehicle shorter than usual. In many cases it will only be possible by using the swivel joints according to the innovation to use a rack and pinion steering in which the tie rods are not centered, but attack at the end.
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