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Seitlich belastbares Gelenk zwischen zwei Bauteilen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein seitlich belastbares Gelenk zwischen
zwei Bauteilen, Insbesondere zwischen dem Achsschenkelträger und einem Achsführungslenker
schwerer Kraftfahrzeuge, mit einer im einen Bauteil, vorzugsweise dem Achsführungslenker,
drehbaren Kugel, die mit einem Zapfen am anderen Bauteil, vorzugeweise dem Achsschenkelträger,
gehalten ist, wobei Zapfen und Kugel durch Führungsflächen innerhalb der Kugel.
gegeneinander abgestützt sind.
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Es ist bekannt, die ..Räder von Kraftfahrzeugen an Achsschenkelträgern
zu lagern,, die mit Radführungslenkern gegenüber dem Fahrzeugrahmen geführt sind
Die Verbindungen zwischen den Lenkern und den Achsschenkelträgern müssen die lotrechten
Federbewegungen zwischen Fahrzeugpad und Fahrzeugrahmen sowie die gegebenenfalls
noch erforderlichen Lenkausschläge des Fahrzeugrades zulassen. Außerdem durfen beim
Einbau des Achsschenkelträgers auf die Verbindung zwischen ihm und den Lenkern keine
Verkantungskräfte aufgebracht werden. .
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Neue Uiite1'iagetl (Art. 7 § 1 Abs. 2 Nr. 1 Satz 3 dos Änderungsges.
v. 4. 9.196y)
' Die Verbindung zwischen Achsschenkelträger und Lenkern
erfolgt aus den genannten Gründen üblicherweise durch ein als Kugelgelenk ausgebildetes
Radführungsgelenk. Die Kugel des Gelenkes ragt drehbar in eine Lagerschale des jeweiligen
Lenkers. Mit einem an die Kugel angesetzten Zapfen ragt sie in ein Lagerauge des
Achsschenkelträgers und ist dort gegen Drehung und Längs-@ verschiebungen gesichert.
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Hei den bekannten Anordnungen bildet sich in dem Gelenk. ein Moment
aus den quer zur Zapfenlängsachse gerichteten Radführungskräften und dem Hebelarm
aus, der etwa durch den Mittelpunkt der Kugel und den Schwerpunkt der Projektion
des Lagerauges begrenzt wird. Dieses Moment beansprucht die Führungsfläche des Lagerauges,
insbesondere bei schweren Kraftfahrzeugen, derart, daß die Führungsfläche-an den
Rändern ausgeschlagen werden kann.
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Es ist außerdem eine Vorrichtung zur Einzelaufhängung der Räder von
Kraftfahrzeugen mittels Kugelgelenken bekanntgeworden, (deutsches Gebrauchsmuster
1 791 1u4) bei der ein Kugelzapfen durch einen Kugelabschnitt hindurchragt. Hierdurch
fallen. zwar bei der bekannten Anordnung die Schwerpunkte der-Projektionsflächen
des tragenden Kugelzapfenteiles und des Kugelabschnitts zusammen, so daß sich eine
geringe Lagerbelastung-durch Momente aus den horizontalen Führungskräften ergibt.
Diese geringe Lagerbelastung kann aber nur durch einen erheblichen Nachteil erzielt
werden,
indem die Bohrung für den Kugelzapfen, der durch den Kugelabschnitt
der bekannten Anordnung hindurchragt, die Kugeltragfläche so sehr verringert, daß
das Lager eine erhebliche Größe haben muß, um die Belastung der verbleibenden Kugelfläche
in .zulässigen Grenzen zu halten. Sollte sogar nur eine Halbkugel als Gelenk vorgesehen
sein, dann würde deren geringe Tragfläche durch das kugelige Ende des Kugelzapfens
geringfügig vergrößert. Die zusätzliche kugelige Tragfläche am Ende des Kugeltragzapfens
der bekannten Anordnung ergibt nur eine geringe Vergrößerung der Tragfläche, wohingegen
der fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung dieser kugeligen Tragfläche am
Ende des Achsschenkelträgers groß ist, besonders weil bei großen Fahrzeugen der
Achsschenkelträger ein großes: und demzufolge ein schwer zu handhabendes Teil ist.
Ferner muß hierbei auch auf die Belastung der gegeneinander beweglichen Flächen
zwischen dem Kugelabschnitt und dem Ende des Achsschenkelträgers einerseits und
dem Lagerkörper andererseits Rücksicht genomten werden. Bei der bekanntet Anordnung
fällt außer der Öffnung fair den Kugelzapfen der ganze Bereich zwischen Kugelabschnitt
und-dem Ende des Kugelzapfens als Tragfläche aus, was eine erheblich größere Ausführung
des Gelenkes zur Folge hat, wobei noch mit verhältnismäßig großem Aufwand die Fläche
des Kugelabschnites, als auch die Fläche am Ende des Kugelzapfens -also Flächen
an verschiedenen Teilen -kugelig geschliffen werden müssen. Die bekannte Lösung
des Problems ist sehr aufwendig und hinsichtlich der konstruktiv bedingten erforderlichen
großen Gelenkausführung auch als unvollkommen anzusehen.
Es ist
auch ein Kugelgelenk bekanntgeworden, (USA-Patentschrift 3 079 184) bei der
die zusätzliche Verbindung von Bolzen und Kugel durch eine Schraube fehlt, die zugleich
als Sicherungs-und Spannelement wirksam wird, und die deshalb bei dem Kugelges lenk
nach der anmeldungsgemäßen Ausbildung von erheblicher Bedeutung ist. Bei dieser
bekannten Vorrichtung geschieht die Abstützung des Kugelgelenkes über eine Vielzahl
von kugeligen bzw. sphärischen Stützschalen, die aus synthetischen Stoffen hergestellt
sind und einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau als Abstützungsbasis des Kugelgelenkes
ergeben, wobei eine hinreichende seitliche Belastbarkeit dieses bekannten Kugelgelenkes
in Frage gestellt ist.
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Ein in der bekanntgewordenen USA-Patentschrift 1 9o4 126 gegebener
Hinweis einer Schraubverbindung, zwischen einem Kolben und einer Kolbenstange, wobei
der Kugelkopf der Kolbenstange mit dieser über eine Befestigungsschraube verbunden
ist, läßt aber die Doppelwirkung dieser Sehraube gleichzeitig als Sicherungs- und
Spannelement vermissen, wie es beider Anmeldung als wesentlich herausgestellt ist.
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Es ist weiterhin ein Kugelgelenk bekannt, (deutsche Patentschrift
715 828), mit einer dem Anmeldungsgegenstand ähnlichen Konusverbindung zwischen
einem Zapfen und einer Kugel, die aber in der Anordnung dieses Konus-Elementes mit
anderen dazugehörigen Bauteilen in der Gesamtanordnung hinsichtlich der Wirkverbindung
gewisse Nachteile aufweist.
`Schließlich zeigt die USA-Patentschrift
2 318 051 eine Konusverbindung zwischen einem Motorwellenstumpf und .einem
Ritzel, bei dem die gegenseitige Verspannung hauptsächlich durch Wärmeeinwirkung
erfolgt, wobei eine zusätzliche Schraubverbindung als Festhalte- und Sicherungsverbindung
anzusehen ist, zumal die noch vorhandene Wandstärke zwischen dem Motorwellenstumpf
und dem Ritzel zu groß ist, um eine-seitliche Dehnung durch die Schraubverbindung
zu erfahren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein insbesondere als Radführungsgelenk
zu verwendendes Gelenk zu schaffen und derart auszubilden, daß die Nachteile bekannter
zu einem gleichal Zweck gestalteter Gelenke nicht aufweist.
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Dies wird nach der Erfindung durch die Kombination folgender an sich
zum Teil bekannter Merkmale erreicht: a) der Zapfen ragt in eine saeklochartige
Aussparung der weitgehend geschlossenen Kugel hinein, b) die fese Verbindung zwischen
dem Zapfen und der Kugel erfolgt durch einen Bolzen, der von der Seite des Zapfens
her in die Kügel eingeschraubt ist oder von der Gegenseite her in den Zapfen eingeschraubt
ist, wobei er die Kugelfläche jedoch auf einem wesentlich kleineren Querschnitt
durchdringt, als er dem Zapfen-Querschnitt entspricht,
c) der Schwerpunkt
(S2) der seitlichen Projektion der Führungsfläche des Zapfens befindet sich in der
Nähe des Schwerpunktes (S1) der seitlichen Projektion des Kugelteiles, der die Führungskräfte
des Lenkers aufnimmt.
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Zweckmäßig ist es, wenn der Zapfen lösbar mit dem einen Bauteil, vorzugsweise
dem Achsschenkelträger verbunden ist. Der Zapfen kann auch unmittelbar an das eine
Bauteil, vorzugsweise an den Achsschenkelträger, angearbeitet sein. Schließlich
ist es noch vorteilhaft, wenn eine Vorrichtung zum Abdrücken der Kugel vom Zapfen
vorgesehen ist.
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Hei einer Anordnung nach der Erfindung ist der Hebelarm,-an dem sich
die Radführungskräfte abstützen, wesentlich kleiner, als bei den bekannten_Anordnunger4
und er, ist bei entsprechender konstruktiver Ausbildung sogar ganz-zu vermeiden,
so daß die tragenden-Flächen des Zapfens wesentlich weniger als bei den bekannten
Lösungen belastet werden.
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Mit der Ausführung des Gelenkes nach der Erfindung wird in vorteilhafter
Weise erreicht, daß trotz kleiner Abmessungen des Gelenkes und bei etwa vollem Einsatz
der gesamten Kugeltragfläche eine zuverlässige und ausreichende Tragfähigkeit für
alle auftretenden Lagerbelastungsfä.lle durch vertikale Tragkräfte und horizontale
Führungskräfte ermöglicht wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung
gehen aus den in der nachfolgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiele hervor. Die Figuren 1, 2 zeigen je ein erfindungsgemäß
ausgestaltetes Radführungsgelenk_mit seinen erfindungswesentlichen Teilen teilweise
im Schnitt.
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Am Achsschenkelträger 1 ist die Nabe 2 des Fahrzeugrades gelagert.
Die Führung des Achsschenkelträgers gegenüber-dem Fahrzeugrahmen erfolgt durch einen
oberen Radführungslenker 3 und einen unteren Radführungslenker 4, die sich beide
in Fahrzeugquerrichtung erstrecken. Die Verbindung zwischen jedem Radführungslenker
und dem Achsschenkelträger erfolgt durch ein Radführungsgelenk gemäß der Erfindung.
Das Radführungsgelenk des oberen Radführungslenkers leitet gleichzeitig die lotrechten
Abstützkräfte des Fahrzeugrahmens in den Achsschenkelträger ein. . .
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Etwa senkrecht übereinander sind am Achsschenkelträger durch Schrauben
5 zwei lotrechte Zapfen 6 befestigt (Figur 1). Jeder Zapfen ragt mit einem Führungsbund
7 horizontal spiellos in ein Auge 8 des Achsschenkelträgers. Der Zapfen 6 ragt in
radialer Richtung spiellos in eine Aussparung der Kugel 1o. Ein Herausrutschen des
Zapfens 6@aus der Kugel 1o verhindert die Dehnschraube 11. Die Kugel ist drehbar
in einer Lagerschale des je-:.lagen Führungslenker 3 bzw. 4 gelagert.
Die
horizontalen Führungskräfte werden in Höhe des Schwerpunktes S1 der seitlichen Projektionsfläche
des Teiles der Kugel 1o, der die Lenkerführungskräfte aufnimmt, in die Kugel 1o
eingeleitet. In Höhe des Schwerpunktes S2 der Seitenprojektion der tragenden Fläche
des Zapfens 6 wird die resultierende Seitenkraft in den Zapfen eingeleitet. Der
Abstand zwischen den Schwerpunkten S1 und S2 ist allenfalls gering, so daß auch.
bei grossen Führungskräften die Führungsflächen des*Zapfens 6 und der Kugel 1o allenfalls
von kleinen Momenten belastet werden und geringem Verschleiß unterworfen sind. Durch
die Abstützung der Führungsmomente am Achsschenkelträger werden die Schrauben 5
auf Zug und Druck beansprucht und sie können in der Weise belastet große Momente
ohne weiteres aufnehmen.
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Die Anordnung der Figur 1 ist nach Figur 2 dadurch zu vereinfachen,
daß die Zapfen 6 unmittelbar am Achsschenkelträger 1 angearbeibet sind= so daß besondere
Verbindungselemente wegfallen. Der Achsschenkelträger kann daher baulich und fertigungstechnisch
einfacher gestaltet werden. Es ist lediglich noch die Dehnschraube 11 erforderlich,
die den Zapfen 6 und die Kugel 1o miteinander verbindet. Drehbewegungen zwischen
Zapfen 6 und Kugel 1o werden in üblicher Weise entweder durch die gezeichnete.,
konische Form und festen Anzug der Schraube 11 oder durch andere geeignete Mittel
verhindert.
Beide Zapfen 6 können entweder wie in Figur 2 bezüglich
des Achsschenkelträgers nach außen ragen, oder beide Zapfen können gemäß Figur 1
gleichgerichtet sein, so daß ein Zapfen nach aus-, sen, der andere Zapfen nach innen
ragt. Schließlich können bei-- de Zapfen in den Achsschenkelträger hineinragen.
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Zum Lösen der Kugel 1o vom Zapfen 6 wird die Dehnschraube 11 herausgeschraubt.
Bei der Ausführungsform nach dem unteren Gelenk der Figur 2 wird nach der teilweisen
Demontage des Radführnngslenkers 4 in eine Gewindebohrung 12 der Kugel 1o eine Abdrücksehraube
eingeschraubt, die sieh an dem Zapfen 6 abstützt und im weiteren Hineinschrauben
die Kugel vom Zapfen drückt. Der-Ausbau des Gelenkes ist also allein von außen und
auch dann möglich, wenn ein Radantrieb durch das Gelenk hindurchgeführt Ist und
zum Ausbau des Gelenkes nicht ausgebaut werden soll. Ist kein Antrieb vorhanden,
so kann zum Lösen des Gelenkes nach der oberen Ausführungsform der Figur 2 die Dehnschraube
11 nach dem Inneren des Achsschenkelträgers 1 herausgeschraubt werden. Statt der
Dehnschraube wird in die Gewindebohrung 13 des Zapfens 6 eine Gegenschraube eingeschraubt,
an der sich eine in die Gewindebohrung 14 der Kugel 1o hineinzuschraubende Abdrücksehraube
abstutzt und die Kugel 1o vom Zapfen 6 abdrückt. Entsprechende Lösungen zum Abdrücken
der Kugel 1o vom Zapfen 6 sind bei den Ausführungen des Gelenkes nach Figur
1 möglich,'