DE1156323B - Drehlager fuer das am Fahrzeugrahmen gelagerte Ende des Fuehrungsarmes von Parallelogrammlenkgestaengen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

T 17642 Π/63 c

ANMKLDETAG: 22. DEZEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 24. OKTOBER 1963

Die Erfindung bezieht sich auf Drehlager für das am Fahrzeugrahmen gelagerte Ende des Führungsarmes von Parallelogrammlenkgestängen. Um jedes Spiel im Lenkgestänge auszuschalten, muß dieses Drehlager spielfrei sein und soll sich auch bei einem Verschleiß der Lageroberflächen selbsttätig nachstellen, um die Spielfreiheit ständig zu gewährleisten. Insbesondere beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit über unebene Fahrbahnen wirken aber aus dem Gewicht des Lenkgestänges und den senkrecht zur Fahrbahn auftretenden Beschleunigungen auf das Ende des Führungsarmes senkrecht zu dessen Schwenkebene große Schwingungskräfte, die von dem verhältnismäßig kurzen Drehlager als Biegekräfte aufgenommen werden müssen.

Ein bekanntes Drehlager für den Führungsarm eines Parallelogrammlenkgestänges besitzt einen Lagerzapfen mit konischem Lagerkopf, um den ein entsprechend konisch geformtes Lagerauge des Führungsarmes schwenkbar ist, wobei die Lagerflächen durch eine Feder in fester gegenseitiger Anlage gehalten werden. Bei diesem Drehlager beträgt der Kegelwinkel der zusammenwirkenden Lagerfiächen mehr als etwa 40°. Ein großer Kegelwinkel ist aber für die Aufnahme der auf Grund der Schwingungskräfte auf das Drehlager wirkenden schwingenden Biegemomente ungünstig. Auf einen Hebel wirkende Biegemomente werden am günstigsten von einem zylindrischen Lager, also einem Lager mit dem Kegelwinkel Null vom Lagerauge auf den Lagerzapfen übertragen, da dann die Kräfte des Kräftepaars senkrecht zu den Lagerflächen wirken. Bei einem großen Kegelwinkel hat jede Kraft senkrecht zur Drehlagerachse, weil sie einen Winkel mit den Lagerflächen einschließt, eine Komponente, die bestrebt ist, das Lagerauge axial gegenüber dem Lagerkopf zu verschieben. Bei einem Kegelwinkel von 40° ist die axiale Kraftkomponente so groß, daß die bei dem bekannten Lager aus Platzgründen gewählte, verhältnismäßig schwache Kegelschraubenfeder nicht in der Lage ist, die spielfreie Anlage der zusammenwirkenden Lagerflächen sicherzustellen. Erst recht gilt dies bei harten Fahrbahnstößen. Die Folge der am Hebel senkrecht zu dessen Schwenkebene wirkenden Kräfte ist, daß der Lagerspalt atmet. Da das bekannte Drehlager aber nach unten offen ist, kommt bei einem Atmen des Lagers Schmutz zwischen die Lagerflächen, so daß der Verschleiß des bei dem bekannten Drehlager außerdem unmittelbar auf dem Lagerkopf gelagerten Lagerauges besonders groß ist. Ferner ist dort der Lagerzapfen mittels einer Mutter mit einer Schulter gegen den waagerechten Arm einer Drehlager für das am Fahrzeugrahmen
gelagerte Ende des Führungsarmes
von Parallelogrammlenkgestängen

Anmelder:

Thompson Ramo Wooldridge Inc.,
Cleveland, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing- F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Edward J. Herbenar, Detroit, Mich. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

besonderen, am Fahrzeugrahmen befestigten Konsole gezogen. Die auf den Lagerzapfen wirkenden Biegeschwingungen müssen von dieser Schulter und damit von einer kleinen Basis auf die Konsole übertragen werden. Dadurch arbeitet sich die Schulter aber in der Konsole ein, so daß der Zapfen mit der Zeit lose wird. Ein loser Zapfen bedeutet aber, daß die Lenkräder Spiel bekommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehlager zu schaffen, das während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeuges keiner Wartung bedarf und somit auch nicht geschmiert zu werden braucht. Voraussetzung hierfür ist eine ständig spielfreie Aufnahme der Kräfte bzw. Biegemomente in einer die Achse des Drehlagers enthaltenden Ebene, notfalls Selbstschmierung und Verhinderung des Verlustes einer einmal eingeführten Schmierstoffüllung und jedes Eindringens von Staub und Schmutz.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem Drehlager nach der Erfindung, das ebenso wie das bekannte Drehlager einen am Fahrzeugrahmen zu befestigenden Lagerzapfen mit konischem Lagerkopf aufweist, um den ein entsprechend konisch geformtes Lagerauge des Fahrzeugrahmens schwenkbar ist und bei dem die Lagerflächen durch eine Feder in fester

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gegenseitiger Anlage gehalten werden, die Kombination folgender Merkmale vorgesehen, nämlich daß der aus dem engeren Ende des Lagerauges herausragende Lagerzapfen aus einem Stück mit einer unmittelbar am Fahrzeugrahmen zu befestigenden Konsole besteht, daß der Kegelwinkel der sich im wesentlichen über die ganze Höhe des Lagerauges erstrekkenden Lagerflächen nur geringfügig größer als dessen Selbsthemmungswinkel ist, daß zwischen den beiden Lagerflächen eine Auskleidung aus einem Kunststoff mit Selbstschmierungseigenschaften, wie Polyamid, angeordnet ist und daß das Lagerauge an seinem weiteren Ende durch einen Deckel und an seinem engeren Ende durch eine den herausragenden Lagerzapfen umgebende Dichtung abgeschlossen ist.

Wenn hier von einem Selbsthemmungswinkel der Lagerflächen gesprochen ist, so wird darunter derjenige Kegelwinkel verstanden, dessen Tangens gerade gleich dem Reibungsbeiwert der miteinander zusammenwirkenden Lagerflächen ist.

Dadurch, daß der aus dem engeren Ende des Lagerauges herausragende Lagerzapfen aus einem Stück mit einer unmittelbar am Fahrzeugrahmen zu befestigenden Konsole besteht, können die auf den Lagerzapfen wirkenden Biegekräfte einmal direkt auf den Fahrzeugrahmen abgesetzt werden, wodurch eine besondere Konsole mit ihrer Befestigung erspart wird, und zum anderen diese Biegekräfte auch auf einer großen Basis auf den Fahrzeugrahmen übertragen werden, so daß die Gefahr des Lockerwerdens des Lagerzapfens ausgeschaltet ist. Dadurch, daß der Kegelwinkel der sich im wesentlichen über die ganze Höhe des Lagerauges erstreckenden Lagerflächen nur geringfügig größer als der Selbsthemmungswinkel ist, verhält sich das Lager bezüglich der Übertragung der Biegemomente auf den Lagerkopf praktisch wie eitf zylindrisches Lager, hat aber dennoch den Vorte|| eines konischen Lagers, daß es sich unter der Wirkung der Feder selbsttätig spielfrei einstellt. Bei einem Kegelwinkel, der größer als der Selbsthemmungswinkel ist, bleibt das Lager auch unter der Wirkung der Feder noch frei drehbar. Die Kräfte des Kräftepaares, das eine auf das Ende des Hebels wirkende Kraft als Biegemoment von dem Lagerauge auf den Lagerzapfen überträgt, schließen mit der Lagerfläche aber jeweils einen Winkel ein, der nur dem halben Kegelwinkel entspricht und damit unter dem Selbsthemmungswinkel liegt. Damit sind aber die aus diesen Kräften resultierenden Axialkomponenten geringer als die ihr entgegenwirkenden Reibungskräfte. Die am Ende des Hebels wirkenden Kräfte sind also niemals in der Lage, das Lagerauge gegenüber dem Lagerzapfen axial zu verschieben. Die Feder hat hier also nur die Aufgabe, die Spielfreiheit des Lagers und damit sicherzustellen, daß der Hebel immer genau in einer Ebene hin und her schwenkt und das Lenkgestänge somit kein Spiel hat. Wenn der Kegelwinkel aber nur wenig oberhalb des Selbsthemmungswinkels liegt, ist es für die Aufrechierhaltung einer leichten Schwenkbarkeit des Lagers erforderlich, daß der gleich gute Reibungsbeiwert der aufeinandergleitenden Lagerflächen über die ganze Lebensdauer erhalten bleibt; denn bei einer Erhöhung des Reibungsbeiwertes wird ja auch der Selbsthemmungswinkel größer. Bei dem geringen Unterschied des Kegelwinkeis des Lagers gegenüber dem Selbsthemmungswinkel würde eine Vergrößerung des ursprünglichen Reibungswertes zu einem Festsetzen des Lagers und damit zu hohen Lenkkräften und einer Zerstörung des Lagers führen. Um dies zu vermeiden, ist deshalb nicht nur das Lager an beiden Enden dicht abgeschlossen, um die erste Füllung mit einem Schmiermittel im Lager zu halten und jeden Zutritt von Staub und Schmutz zu verhindern, sondern ferner zwischen den beiden Lagerflächen eine Auskleidung aus einem Kunststoff mit Selbstschmierungseigenschaften, wie Polyamid, angeordnet, die einen geringen Reibungsbeiwert auch im Notfall bei mangelnder Schmierung sicherstellt. Die Auskleidung aus einem Polyamid od. dgl. verhindert außerdem einen Verschleiß der Lagerflächen durch die bei harten Fahrbahnstößen auftretende Schlagbeanspruchung.

Die Einzelmerkmale der Erfindung tragen also alle zur Lösung eines einheitlichen Problems, nämlich der Schaffung eine Drehlagers beil, das während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs keiner Wartung und Schmierung bedarf. Mit dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Drehlager ist erstmals ein Drehlager für das am Fahrzeugrahmen gelagerte Ende des Führungsarmes von Parallelogrammlenkgestängen geschaffen, das in der Praxis tatsächlich bewiesen hat, daß es über die ganze Lebensdauer des Fahrzeugs keiner Wartung und Schmierung bedarf.

Einzelne Merkmale der Erfindung sind für sich und zum Teil auch in Unterkombination bekannt. So ist es bekannt, ein Drehlager mit konischem Lagerauge und Lagerkopf am weiteren Ende durch einen Deckel abzuschließen. Ferner ist es bei Kugelgelenken bekannt, das Gelenk an einem Ende mittels eines Deckels und am anderen Ende mittels einer den herausragenden Gelenkzapfen umgebenden Dichtung abzuschließen.

Ferner ist in der Zeichnung einer Patentschrift beieits ein Spurstangenlager^ezeigtj bei dem die .Lagerflächen einen schlanken -GÖlenk-winkel von etwa 1^° haben. Dort ist aber das Lagerauge der Spurstange unmittelbar auf dem konischen Abschnitt des Lagerzapfens gelagert. Schmiermittel und/oder Schmiernuten zum Schmieren des Lagers und Dichtungen zuvAbdichten des Lagers fehlen jedoch. Abgesehen davon, daß bei der in der betreffenden Patentschrift beschriebenen Erfindung die Größe des Kegelwinkels keine Bedeutung hat und auch in der Beschreibung über die Größe des Kegelwinkels nichts gesagt ist, würde bei trockener Reibung und dem Zutritt von Schmutz und Staub ein Kegelwinkel von 15° auch schon unterhalb des Selbsthemmungswinkels der miteinander zusammenwirkenden Lagerflächen liegen. Ein solches Lager würde also sofort festfressen. Die Darstellung des schlanken Kegelwinkels von 15° ist dort also nur eine zufällige. Wie alle anderen Veröffentlichungen zeigen, sind in der Praxis die konischen Drehlager bisher auch immer nur mit einem großen Kegelwinkel ausgeführt. Somit konnte die zufällige Darstellung des Kegelwinkels von 15° dem Fachmann keine Anregung geben, zur Schaffung eines über die ganze Lebensdauer eines Fahrzeuges betriebsfähigen und wartungsfreien Drehlagers für den Führungsarm eines Gelenkgestänges einen Kegelwinkel der Lagerflächen zu wählen, der nur ein geringes größer als der Selbsthemmungswinkel der zusammenwirkenden Lagerflächen ist.

Zur Sicherung eines stets gleich guten geringen Reibungsbeiwertes des Lagers ist es förderlich, wenn, gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung, die Lagerfläche des Lagerkopfes mit Kadmium plattiert

ist. Ferner ist es vorteilhaft, in der einen Lagerfläche jeweils längs einer Mantellinie verlaufende Schmiernuten vorzusehen, um eine gute Verteilung des Schmierstoffes auf der Lagerfläche zu erreichen.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 ist eine vereinfachte Stirnansicht eines in bekannter Weise ausgebildeten Parallelogrammlenkgestänges für Kraftfahrzeuge, bei dem das Drehlager nach der Erfindung Verwendung findet;

Fig. 2 ist ein teilweise, teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht eines Drehlagers nach der Erfindung;

Fig. 3 ist eine Ansicht im rechten Winkel zu der in Fig. 2, und zwar längs der Linie IH-III in Fig. 1, und

Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2.

Aus Fig. 1 erkennt man, daß die Lenkräder 10 eines Fahrzeugs auf Achsschenkeln 11 gelagert sind. Mit diesen Achsschenkeln 11 sind die Spurstangen 12 durch Gelenke 13 verbunden. Die Spurstangen 12 selbst sind an einer Querstange 14 über Gelenke 15 angelenkt. Die Querstange 14 ist an einem Ende mit dem Lenkstockhebel 16 verbunden und am anderen Ende an einem Führungsarm 18 angelenkt, der über das in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Drehlager gemäß der Erfindung an einem nicht gezeigten Längsträger des Fahrzeugrahmens hängt.

Der Führungsarm 18 hat an seinem Ende ein Lagerauge 19 mit konischer Bohrung 26, die am engeren Ende bei 20 offen und an ihrem weiteren Ende mit einem Deckel 21 verschlossen ist, der sich an einer ringförmigen Schulter 22 abstützt und durch eine nach innen umgelegte Kante 23 der Wand des Lagerauges in seiner Lage gehalten wird. In der Bohrung 26 ist ein Lagerzapfen 24 mit seinem konischen Kopf 25 gelagert. Der aus der engeren Öffnung 20 herausragende Teil des Lagerzapfens 24 bildet eine durch den Übergangsabschnitt 30 gegenüber der Achse des Drehlagers versetzte Konsole 29 mit Befestigungslöchem 27 und 28, die es gestatten, den Lagerzapfen unmittelbar seitlich am Längsträger eines Fahrzeugrahmens zu befestigen. Der Abschnitt 30 ist mit dem Lagerkopf 25 über einen zylindrischen Abschnitt 31 verbunden.

Damit das Drehlager einen geringen Reibungswert und eine längere Lebensdauer hat, ist der Lagerkopf 25 mit Kadmium plattiert und zwischen dem Lagerkopf und dem Lagerauge 19 eine Auskleidungsbuchse 32 aus einem zähen selbstschmierenden Kunststoff, vorzugsweise einem Polyamid, angeordnet, die an ihrer Innenfläche Schmiernuten 33 aufweist, die jeweils längs einer Mantellinie der konischen Lagerfläche verlaufen.

Der Kegelwinkel des Lagerkopfes 25, des Lagerauges 19 und der Auskleidungsbuchse 32 ist so gewählt, daß er etwas größer ist als derjenige Kegelwinkel, bei dem eine Selbsthemmung des Drehlagers eintreten würde. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Kegelwinkel etwa 12 bis 15°. Bei den genannten Materialien der Lagerflächen würde eine Selbsthemmung bei einem Kegelwinkel bis etwa 12° eintreten. Es sei bemerkt, daß der maximale Kegelwinkel, bei dem gerade noch eine Selbsthemmung auftritt, bei verschiedenen Materialien und Oberflächenbeschaffenheiten variiert. In jedem Fall soll jedoch der Kegelwinkel der Lagerflächen aber etwas größer als der Selbsthemmungswinkel sein. Die Auskleidungsbuchse 32 und der Lagerkopf 25 werden durch eine Kegelschraubenfeder 34 in ihrer Lage gehalten; diese Feder stützt sich an ihrem unteren weiteren Ende an dem Deckel 21 und an ihrem oberen, engen Ende an einem Druckstück 35 ab, das mit einem nach unten ragenden zylindrischen Fortsatz 36 mit relativ fester Passung in der obersten Windung der Feder sitzt. Der Teller 37 des Druckstücks 35 hat eine sphärische Druckfläche 38, die mit einer sphärischen Aussparung 38 im unteren Teil des Lagerkopfes 25 zusammenarbeitet. Die Feder 34 wird von einer Aussparung 40 des Lagerkopfes 25 aufgenommen, so daß die Lagerfläche des Lagerkopfes 25 und die Lagerfläche des Lagerauges 19 im wesentlichen über die ganze Höhe des Lagerauges zusammenwirken.

Wegen der Eigenschaften der verwendeten Lagerwerkstoffe, d. h. der Kadmiumplattierung des Lagerkopfes 25 und der aus einem Polyamid hergestellten Auskleidungsbuchse 32, tritt in dem Drehlager nur ein sehr geringer bzw. praktisch überhaupt kein Verschleiß auf; wenn jedoch ein geringer Verschleiß auftritt, werden das Lagerauge 19 und die Auskleidungsbuchse 32 durch die Feder 34 axial gegen den Lagerkopf 25 gedrückt, so daß sich das Drehlager während seiner gesamten Lebensdauer selbsttätig nachstellt, um die Teile in enger gegenseitiger Anlage zu halten und eine zügige Drehbarkeit des Lagers zu gewährleisten. Gleichzeitig ist das Eindringen von Fremdkörpern in das Lager verhindert. Das Drehlager wird nur einmal mit einer Schmierstoffüllung versehen. Damit diese nicht verlorengeht, ist eine ringförmige Dichtung 42 vorgesehen, die mit ihrem oberen nach innen ragenden Wulst 43 dicht an der Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 31 des Lagerzapfens 24 anliegt. Damit die Dichtung 42 auch eine Abdichtung gegenüber dem Lagerauge 19 bewirkt, ist dieses mit mehreren durch Prägen oder Schmieden an ihm ausgebildeten fingerähnlichen Vorsprüngen 44 versehen, die hinter der unteren äußeren Wulst 45 der Dichtung greifen, um diese auf dem Lagerauge zu halten.

Durch die Erfindung ist somit ein Drehlager geschaffen, das während der gesamten Lebensdauer keine Wartung benötigt und leicht und wirtschaftlich herzustellen ist.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Drehlager für das am Fahrzeugrahmen gelagerte Ende des Führungsannes von Parallelogrammlenkgestängen mit einem am Fahrzeugrahmen zu befestigenden Lagerzapfen mit konischem Lagerkopf, um den ein entsprechend konisch geformtes Lagerauge des Führungsarmes schwenkbar ist, wobei die Lagerflächen durch eine Feder in fester, gegenseitiger Anlage gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem engeren Ende des Lagerauges (19) herausragende Lagerzapfen (24) aus einem Stück mit einer unmittelbar am Fahrzeugrahmen zu befestigenden Konsole (29) besteht, daß der Kegelwinkel der sich im wesentlichen über die ganze Höhe des Lagerauges (19) erstreckenden Lagerflächen nur geringfügig größer als deren Selbsthemmungswinkel ist, daß zwischen den beiden Lagerflächen eine Auskleidung (32) aus einem Kunststoff mit Selbstschmierungseigenschaften, wie Polyamid,

angeordnet ist und daß das Lagerauge (19) an seinem weiteren Ende durch einen Deckel (21) und an seinem engeren Ende durch eine den herausragenden Lagerzapfen (24) umgebende Dichtung (42) abgeschlossen ist.

2. Drehlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerfläche des Lagerkopfes (25) mit Kadmium plattiert ist.

3. Drehlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Lagerfläche jeweils längs einer Mantellinie verlaufende Schmiernuten (33) vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr, 661 821, 866 578; deutsche Auslegeschriften Nr. 1001131,1 022 918; deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1 708 573, 790 297;

französische Patentschriften Nr. 770 914, 774 570, 558;

britische Patentschrift Nr. 289 272; USA.-Patentschriften Nr. 1 718 229, 1 845 697, 470 215,2479 339;

Dr. Karl Wolf, Lehrbuch der Technischen Mechanik starrer Systeme, 1931, S. 112.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen