DE102007008959A1

DE102007008959A1 - Gelenk- und/oder Lagereinrichtung

Info

Publication number: DE102007008959A1
Application number: DE102007008959A
Authority: DE
Inventors: André DIENER; Reinhard Richter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-08-28
Also published as: BRPI0807765A2; US8596900B2; CN101617134A; KR101423357B1; RU2009135079A; KR20100014778A; JP2010519472A; US20100109274A1; WO2008101462A1; RU2430278C2

Abstract

Eine Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) mit einem Gelenkzapfen (2), dessen Kopfbereich (3) im montierten Zustand in einer aufnehmenden Gelenkschale (4) gehalten und zusammen mit dieser gegenüber einem als Gehäuse (5) wirkenden Aufnahmeraum axial beweglich ist, wird so ausgebildet, dass die Gelenk- oder Lagereinrichtung (1) bezüglich axialer Bewegung der Gelenkschale (4) im Gehäuse (5) als Gasdruckfeder und/oder -dämpfer wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenk- und/oder Lagereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 sowie ein Kraftfahrzeug mit einer oder mehreren derartigen Gelenk- und/oder Lagereinrichtung(en), insbesondere in Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen.
Bei Gelenkeinrichtungen in insbesondere Radträgern oder ähnlichen Fahrwerksteilen, stellt sich einerseits das Problem, eine Einbaulage einer einen Kopfbereich des Gelenkzapfens aufnehmenden Gelenkschale unter Ausgleich von Fertigungstoleranzen so vornehmen zu können, dass diese Einbaulage des Gelenks für die in Fahrt auftretenden Bedingungen optimiert ist; andererseits sollte auch dynamischen Belastungen im Fahrbetrieb durch Nachstellung der Lage des Gelenkkopfes entsprochen werden können, so dass eine spannungsfreie Verbindung der Fahrwerksteile ermöglicht wird.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Optimierung der axialen Lage der Gelenkschale im Gehäuse erreichen zu können.
Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Gelenk- oder Lagereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die weiteren Ansprüche 3 bis 12 verwiesen.
Mit der Erfindung ist eine Gelenk- und/oder Lagereinrichtung geschaffen, bei der die einen Kopfbereich des Gelenkzapfens aufnehmende Gelenkschale definiert in ihrem Gehäuse axial bewegbar ist. Damit können sowohl Fertigungstoleranzen bezüglich der optimalen axialen Gelenkausrichtung als auch dynamischen Beanspruchungen Rechnung getragen werden.
Wenn der Raum zwischen der Gelenkschale und einem stirnseitigen Ende des Gehäuses zu einem druckdichten Raum verschließbar und ein darin enthaltenes Gas durch axiale Bewegung der Gelenkschale komprimierbar ist, ist sichergestellt, dass eine Federungs- und/oder Dämpfungsfunktion der Einrichtung dauerhaft sichergestellt ist. Das Verschließen zu einem dichten Raum kann entweder über das nachträgliche Einsetzen eines Deckels in das Gehäuse erfolgen und/oder, insbesondere um auf ein separates Gehäuse verzichten zu können, durch Einsatz eines Ventils zum Beispiel in den Deckel oder eine Gehäusewandung. In jedem Fall ist während der Montage eine Belüftung dieses Raums ermöglicht, so dass die axiale Positionierung des Kopfes und der Gelenkschale beliebig vorgenommen werden kann und bei der Montage nicht gegen ein komprimiertes Gas angearbeitet werden muss. Damit kann vor allem auch Fertigungstoleranzen bei der Herstellung Rechnung getragen werden.
Die Befüllung des dann druckdichten Raums mit einem komprimierbaren Gas kann nach der Montage erfolgen, wobei zum Beispiel bei Einbringen eines Deckels das Gas unter Normaldruck im Gehäuse stehen kann. Über ein Ventil zur Regulierung der Gasbefüllung kann hingegen auch ein Gas unter – erheblichem – Überdruck eingebracht werden.
Sofern ein Deckel zum Verschließen des Gehäuses vorgesehen ist, ist dieser vorteilhaft mit einer ihn aussteifenden Wölbung versehen, insbesondere in Richtung der Gelenkschale, so dass einer nach außen wirkenden Kraft eines unter Überdruck stehenden Gases entgegengewirkt werden kann. Ein solcher Deckel kann zudem auch als mechanischer Anschlag für die axiale Bewegung der Gelenkschale dienen.
Mit dem Einsatz eines Ventils ist aber auch eine ansonsten einstückige Ausbildung des druckdichten Raums möglich, so dass für gewissen Anwendungen vorteilhaft kein gesondertes Gehäuse vorgesehen werden muss, sondern das Gehäuse auch als Ausnehmung in einem Funktionsbauteil, insbesondere einem Radträger oder ähnlichen Führungselement, ausgebildet sein kann, was die Herstellung erleichtert und Bauteile spart.
Mit der Erfindung kann sowohl bei der Montage die axiale Lage des „Kolbens", der durch die Gelenkschale gebildet ist, genau eingestellt werden als auch der für diese zur Verfügung stehende Hubweg, zum Beispiel durch den Druck des eingebrachten Gases oder durch verstellbare Anschläge. So kann vorteilhaft die Gelenkschale mit dem von ihr umfassten Kopfbereich des Gelenkzapfens in einer axial mittigen Montagestellung in das Gehäuse einsetzbar sein und aus dieser Montagestellung heraus in beide axialen Richtungen ein Hubweg von 2 bis 5 Millimetern vorfinden.
Auch eine nachträgliche Befüllung des druckdichten Raums zu 25 bis 50% mit Fett ist – etwa auch über ein Ventil – möglich. Die Wartung ist dadurch erleichtert. Die Fettschmierung kann sowohl zwischen Kugelkopf und Gelenkschale als auch zwischen dieser und dem Gehäuse abdichtend wirksam sein. Dur einen Über- oder Unterdruck im druckdichten Raum kann eine von dynamischen Bedingungen abhängige Schmierstoffbewegung erfolgen, wodurch dessen Funktion auch im Betrieb jederzeit sichergestellt ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische, aufgeschnittene Übersichtszeichnung einer erfindungsgemäßen Gelenk- und/oder Lagereinrichtung während ihrer Montage vor dem Verschließen des später druckdichten Raumes,
2 eine ähnliche Ansicht wie 1 nach Verschließen des druckdichten Raumes in einer axial mittleren Lage der Gelenkschale,
3 eine ähnliche Ansicht wie 2 bei Anschlagen des axial verschieblichen Kopfbereichs am Deckel,
4 eine ähnliche Ansicht wie 3 bei Anschlagen des axial verschieblichen Kopfbereichs an einer dem Deckel gegenüber gelegenen Gehäusekante,
5 eine ähnliche Ansicht wie 2 unter radialem Ausschwenken des Gelenkzapfens,
6 eine ähnliche Ansicht wie 2 mit zusätzlicher Ausbildung eines Ventils im Deckel.
Eine beispielhaft in 2 dargestellte erfindungsgemäße Gelenkeinrichtung 1 umfasst einen axial erstreckten Gelenkzapfen 2 mit einem erweiterten und beispielsweise durch eine im wesentlichen kugelförmige Ausformung gebildeten Kopfbereich 3. Dieser kann in und gegenüber einer in der Regel dauergeschmierten Gelenk- oder Lagerschale 4, die den Kopfbereich aufnimmt, beweglich gehalten sein. Die hier gezeigte Gelenkschale 4 ist im Wesentlichen ringförmig, sie könnte auch außerhalb des Zapfendurchtritts im Wesentlichen geschlossen sein.
Die Gelenkschale 4 kann beispielhaft aus einem ggf. faserverstärkten Kunststoff – wie etwa PA, POM, PBT, PEEK oder vernetzten Typen dieser Materialien (zum Beispiel durch Elektronenstrahlvernetzen) – oder auch aus Guss oder gehärtetem Stahl oder einer Legierung eines Nichteisenmetalls, zum Beispiel Kupfer, gebildet sein.
Weiterhin ist die Gelenkschale 4 ihrerseits radial außen und axial in einem Gehäuse 5 gehalten. Das Gehäuse 5 muss keine gesonderte Baueinheit ausbilden, sondern kann auch integraler Bestandteil eines beispielsweise die Gelenkeinrichtung 1 im montierten Zustand umgreifenden Lenkers, zum Beispiel eines Radträgers, sein.
Ein solcher Lenker kann beispielsweise durch Umspritzen oder -gießen mit flüssigem, heißen Material hergestellt werden, zum Beispiel durch Zinkdruckguss, wobei der Lenker nach anschließendem Erkalten in einer Form starr und formstabil ist und ohne weitere Nachbearbeitung ein integrales Gehäuse 5 bilden kann.
Die Gelenk- und/oder Lagereinrichtung 1 umfasst weiter eine Dichtungsmanschette, die häufig als Dichtungsbalg ausgebildet und hier nicht eingezeichnet ist. Sie schließt im Bereich der von dem Gehäuse 5 belassenen Durchtrittsöffnung 7 für den Zapfen 2 an.
Im Ausführungsbeispiel ist ein Gelenk 1 gezeigt, das ein axiales Spiel Δs belässt. Dieses Spiel wird einerseits zur Montage und Demontage zum Beispiel des Lenkers innerhalb des Fahrwerks benötigt. Andererseits ist auch eine axiale Bewegung der Gelenkschale 4 mit dem darin aufgenommenen Kopfbereich 3 des Gelenkzapfens 2 gegenüber dem Gehäuse 5 im laufenden Betrieb möglich.
Um der gewünschten toleranzausgleichenden axialen Positionierbarkeit der Lagerschale 4 mit darin gehaltenem Zapfenkopf 3 Rechnung zu tragen, ist der Raum 6 zwischen der Gelenkschale 4 und einem stirnseitigen Ende 13 des Gehäuses 5 nach der Montage (1) zu einem druckdichten Raum verschließbar (2). Ein nach Verschließen darin enthaltenes Gas ist durch axiale Bewegung der Gelenkschale 4 komprimierbar und wirkt federnd und/oder dämpfend dieser Bewegung entgegen.
Im Betrieb wirkt daher durch diese Gaskompression die Gelenk- oder Lagereinrichtung 1 bezüglich axialer Bewegung der Gelenkschale 4 im Gehäuse 5 als Gasdruckdämpfer und/oder -feder.
Während der Montage ist der Raum 6 hingegen noch belüftet, zum Beispiel dadurch, dass ein Ventil 8 (6) geöffnet ist oder dass ein stirnseitiger Deckel 9 noch nicht montiert ist. Damit kann die bereits den Zapfenkopf 3 einfassende Gelenkschale 4 wie ein Kolben in das Gehäuse 5 eingeschoben werden, ohne gegen ein dort befindliches Gasreservoir anarbeiten zu müssen, was aufgrund der nur geringen Kräfte bei der Montage außerordentlich schwierig wäre. Eine exakte Positionierung des „Kolbens" 4 in einer Mittelstellung, wie sie in 2 gezeigt ist, wäre dadurch nicht möglich.
Erfindungsgemäß ist die Gelenkschale 4 unterschiedlich und sehr exakt positionierbar. Zumeist wird bei der Montage eine Mittelstellung ausgewählt werden.
Daher ist das Verschließen des Gehäuses 5 am Ende der Montage von besonderer Bedeutung. Im Ausführungsbeispiel ist aus der gezeigten Mittelstellung der Gelenkschale 4 heraus diese nach oben oder unten jeweils um etwa 3,5 Millimeter axial bewegbar. Ein wesentlicher Teil dieses Hubwegs wird für den Toleranzausgleich bei der Montage der zu verbindenden Teile des Gelenks 1 benötigt, der für die dynamische Beanspruchung benötigte axiale Verschiebeweg beträgt in diesem Fall typisch etwa einen Millimeter.
Der druckdichte Raum 6 kann bei seinem Verschließen mit komprimierbarer Umgebungsluft unter Normaldruck befüllt sein. Auch eine Befüllung mit einem Inertgas und/oder Luft oder einem anderen Gas unter Überdruck, ist möglich, insbesondere dann, wenn der druckdichte Raum, wie in 6 dargestellt ist, mit einem Ventil 8 zur Regulierung der Gasbefüllung versehen ist. Auch ein Nachregulieren des Gasdrucks bei geänderten Anforderungen oder im Rahmen der Wartung ist möglich. Dieses oder ein weiteres Ventil kann auch zur (Nach-)Befüllung des Raumes 6 mit einem Schmierstoff, wie etwa einem hochviskosen Fett, verwendet werden. Die Menge des eingebrachten Schmierstoffs hängt von der gewünschten Gasdruckfedercharakteristik ab. Typisch ist der geschlossene Raum 6 zu etwa 25% bis 50% mit Fett befüllt.
Die Druckdichtigkeit des Raumes 6 muss so weit vorhanden sein, dass dieser nicht nur das unter Überdruck statisch im Raum 6 stehende Gas hält, sondern auch dessen Beaufschlagung durch dynamische Beanspruchung standhält, Eine Unterstützung der Abdichtung kann durch den Schmierstoff erfolgen, der dann eine Doppelfunktion erfüllt.
In den hier gezeigten Zeichnungsfiguren erfolgt das Verschließen über einen gesonderten Deckel 9, der am Ende der Montage auf einen axial offenen Ringflansch 10 des Gehäuses 5 aufgelegt und durch Umbördeln dieses Ringflansches 10 gesichert wird (Übergang von 1 zu 2).
Der Deckel 9 ist mit einer ihn aussteifenden Wölbung 11 versehen, die zur Entgegenwirkung gegen den zumindest bei dynamischer Beanspruchung zeitweise erhöhten Innendruck in Richtung der Gelenkschale 4 ausgeformt ist.
Wie oben schon erwähnt, kann alternativ auch der druckdichte Raum 6 von einem Gehäuse 5 umschlossen ist, dessen seitlich umgebende Wandungen und dessen stirnseitiger Deckel einstückig miteinander ausgebildet sind, zum Beispiel wenn dieses Gehäuse 5 durch einen Radträger integral ausgebildet ist.
Der hier gezeigte stirnseitige Deckel 9 bildet einen Anschlag für die axiale Bewegung der Gelenkschale 4 im Gehäuse 5 aus. Diese Anschlagstellung ist in 3 gezeigt. Der Deckel 9 hat hierfür eine erhebliche Wandstärke, zum Beispiel bei Ausbildung aus Stahl von 1 bis 3 Millimetern. Ohne Hubwegbegrenzung durch diesen Anschlag bestünde die Gefahr, dass der Dichtungsbalg zu tief in das Gehäuse 5 hineingezogen würde. Der gegenüberliegende Anschlag 12 ist durch einen Abschnitt der Innenwandung des Gehäuses 5 selbst gebildet und in 4 dargestellt. Durch die Bewegungsbegrenzung über die Anschläge kann auch ein Überdruckventil entbehrlich sein.
In 5 ist eine momentane Auslenkung des Zapfens 2 gezeigt. Auch dessen dauerhafte Schrägmontage im Gehäuse 5 ist alternativ möglich.
Die Gelenk- oder Lagereinrichtung 1 kann beispielsweise mit einem Außengewinde zum Eindrehen in eine Aufnahme versehen sein. Auch ein Einpressen und axiales Sichern ist alternativ möglich.
Derartige Gelenk- und/oder Lagereinrichtungen 1 können in erfindungsgemäßer Ausbildung vorteilhaft insbesondere innerhalb von Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sowohl um herstellungs- und bauartbedingte Toleranzen zwischen Gelenk und Radträger bzw. zwischen den einzelnen Bauteilen des Gelenks 1 selbst bei der Montage im Fahrzeug als auch um dynamische Beanspruchungen auszugleichen.

1: Gelenk- oder Lagereinrichtung
2: Zapfen
3: Kopfbereich
4: Gelenkschale
5: Gehäuse
6: druckdichter Raum
7: Durchtrittsöffnung
8: Ventil
9: stirnseitiger Deckel
10: Ringflansch
11: Wölbung
12: Anschlag
13: stirnseitiges Ende

Claims

Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) mit einem Gelenkzapfen (2), dessen Kopfbereich (3) im montierten Zustand in einer aufnehmenden Gelenkschale (4) gehalten und zusammen mit dieser gegenüber einem als Gehäuse (5) wirkenden Aufnahmeraum axial beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenk- oder Lagereinrichtung (1) bezüglich axialer Bewegung der Gelenkschale (4) im Gehäuse (5) als Gasdruckfeder und/oder -dämpfer wirkt.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) mit einem Gelenkzapfen (2), dessen Kopfbereich (3) im montierten Zustand in einer aufnehmenden Gelenkschale (4) gehalten und zusammen mit dieser gegenüber einem als Gehäuse (5) wirkenden Aufnahmeraum axial beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (6) zwischen der Gelenkschale (4) und einem stirnseitigen Ende (13) des Gehäuses (5) zu einem druckdichten Raum verschließbar und ein darin enthaltenes Gas durch axiale Bewegung der Gelenkschale (4) komprimierbar ist.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der druckdichte Raum (6) mit einem komprimierbaren Gas befüllbar ist.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der druckdichte Raum (6) mit einem Ventil (8) zur Regulierung der Gasbefüllung versehen ist.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der druckdichte Raum (6) mit einem unter Überdruck stehenden Gas befüllbar ist.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der druckdichte Raum (6) einen stirnseitigen Deckel (9) umfasst, der eine ihn aussteifende Wölbung (11) aufweist.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung (11) in Richtung der Gelenkschale (4) ausgeformt ist.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der druckdichte Raum (6) von einem Gehäuse (5) umschlossen ist, dessen seitlich umgebende Wandungen und dessen stirnseitiger Deckel einstückig miteinander ausgebildet sind.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige Deckel (9) als Anschlag für die axiale Bewegung der Gelenkschale (4) im Gehäuse (5) ausgebildet ist.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) als Ausnehmung in einem Funktionsbauteil, insbesondere einem Radträger oder ähnlichen Führungselement, ausgebildet ist.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkschale (4) mit dem von ihr umfassten Kopfbereich (3) des Gelenkzapfens (2) in einer axial mittigen Montagestellung in das Gehäuse (5) einsetzbar ist und aus dieser Montagestellung heraus in beide axialen Richtungen ein Hubweg von 2 bis 5 Millimetern zur Verfügung steht.
Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der druckdichte Raum (6) zu 25 bis 50% mit Fett befüllt ist.
Kraftfahrzeug mit zumindest einer Gelenk- und/oder Lagereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere innerhalb von Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen.