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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gelenk zwischen zwei gelenkig
miteinander verbundenen Fahrzeugteilen, z. B. eines Gelenkfahrzeugs,
aufweisend ein Knickgelenk.
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Ein
aus mehreren Teilen kuppelbares Gelenkfahrzeug ist aus dem Stand
der Technik hinreichend bekannt. Die Teile eines solchen Gelenkfahrzeugs
sind durch eine Gelenkverbindung miteinander gekuppelt. Die Gelenkverbindung
wird durch einen Balg überspannt,
wobei zum Hinüberwechseln von
Personen von dem einen Fahrzeugteil zu dem anderen Fahrzeugteil
eine Übergangsbrücke vorgesehen
ist.
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Bekanntermaßen werden
Gelenkzüge
oder auch Gelenkfahrzeuge den verschiedensten Bewegungsarten unterworfen.
So müssen
die Gelenke in der Lage sein, sowohl Wank-, Nick- als auch Knickbewegungen
aufzunehmen. Der Begriff des Gelenkes umfasst im vorliegenden Fall
die gesamte gelenkige Anordnung zwischen zwei Fahrzeugteilen. Unter Wankbewegungen
versteht man solche Bewegungen, bei denen sich die beiden Fahrzeugteile
relativ zueinander um die Längsachse
verdrehen. Knickbewegungen sind solche, die auftreten, wenn das
Gelenkfahrzeug mit den beiden Fahrzeugteilen um eine Kurve fährt, wohingegen
Nickbewegungen entstehen, wenn ein solcher Gelenkzug durch eine
Senke oder über
eine Kuppe fährt.
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Zum
Durchfahren von Kurven und z. B. zum Durchfahren von Senken weist
eine bekannte Gelenkverbindung zwischen den Fahrzeugteilen ein Knick- und ein Nickgelenk
auf. Bei dem Nickgelenk handelt es sich um ein solches, das eine
Bewegung der beiden Fahrzeugteile relativ zueinander um eine Achse
quer zur Längsachse
des Fahrzeugs ermöglicht. Üblicherweise
sind die hierbei vorgesehenen Nicklager als Metallgummilager ausgebildet.
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Bislang
ist nun davon ausgegangen worden, dass auf Grund der Eigenelastizität der Chassis
der jeweiligen Fahrzeugteile die Wankbewegungen von dem Chassis
selbst aufgenommen werden. Zu dieser Annahme bestand insbesondere
deshalb Veranlassung, weil die Wankwinkel maximal 3° betragen.
Es hat sich allerdings zwischenzeitlich herausgestellt, dass selbst
bei solchen verhältnismäßig geringen Wankwinkeln
Momente von bis zu 35 kNm auf das Gelenk bzw. auch auf das Chassis
wirken. Insofern sind Beschädigungen
an Chassis und/oder Gelenk nicht auszuschließen. Insbesondere auch das
Knickgelenk, das für
einen Gelenkzug die Möglichkeit
eröffnet,
Kurven zu durchfahren, ist starken Belastungen ausgesetzt. Dies
spiegelt sich dadurch wider, dass im Bereich des Knickgelenkes Wälzlager
erheblicher Dimensionen eingebaut werden müssen, die schlussendlich nicht
nur die Aufsattellast zwischen den Wagenteilen übertragen, sondern darüber hinaus
auch in der Lage sind, bei den bereits erläuterten Wankbewegungen die
entsprechend auftretenden Kräfte
zu übertragen.
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In
diesem Zusammenhang ist nun bereits in der
DE 10 2006 050 210.8 beschrieben,
das Knickgelenk, das Bestandteil des Gelenks ist, durch eine Gelenkanordnung
zur Übertragung
von Nick- und Wankbewegungen mit dem einen Fahrzeugteil zu verbinden.
Das heißt,
das Gelenk umfasst zwei Gelenkelemente, nämlich ein Knickgelenk und ein
solches weiteres Gelenkelement, das Nick- und Wankbewegungen überträgt. Dadurch,
dass eine solche Gelenkanordnung nunmehr die Übertragung von Nick- und Wankbewegungen
ermöglicht,
können
sowohl die Belastungen auf die Chassis der beiden Fahrzeugteile
als auch auf das Gelenk selbst vermindert werden. Dies deshalb,
weil schlussendlich durch das Knickgelenk lediglich die Aufsattellast
und die Zugkraft sowie ein geringes Wankmoment von <10KNm übertragen
werden muss. Bislang ist es so, dass das Knickgelenk Wälzlager
erheblicher Dimensionen aufweist. In Anbetracht der Tatsache, dass
die auf das Knicklager einwirkenden Kräfte durch die gefundene Gelenkkonstruktion
nunmehr wesentlich geringer sind, können auch andere Lager eingesetzt
werden, die erheblich preiswerter sind, als die bislang verwendeten,
sehr groß dimensionierten
Wälzlager.
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Darüber hinaus
ist aus der
DE 11 33 749 ein Knicklager
bekannt, bei dem zwei übereinander
angeordnete Gabeln vorgesehen sind, die als ein Teil des Knickgelenks
zwischen den Gabeln jeweils eine Lagerplatte des anderen Teils des
Knickgelenks aufnehmen. Zur Verbindung der jeweiligen Gabel und der
Lagerplatte sind durchgehende Schraubbolzen vorgesehen. Bei einer
der beiden Gabeln sind hierbei jeweils zwischen Gabelschenkel und
Lagerplatte sogenannte Passscheiben vorgesehen, die ähnlich sogenannter
Anlaufscheiben fungieren. Hierbei werden die Gelenkschenkel gegen
die Passscheiben verspannt. Die Folge hiervon ist, dass die Passscheiben ungleichmäßig belastet
werden, da die Schenkel der Gabel nach der Verspannung durch den
Schraubbolzen leicht konisch zulaufen werden, da die Gabeln aus
einem Teil bestehen. Hierbei entsteht eine Kantenpressung auf die
Passscheiben, was zu einem vorzeitigen Verschleiß des Lagers führt.
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Erfindungsgemäß ist insofern
vorgesehen, dass das Knickgelenk zwei Gelenksegmente umfasst, die
um eine als vertikale Achse wirkende Spanneinrichtung drehbar miteinander
verbunden sind, wobei das erste Gelenksegment eine U-förmige, maulartige Öffnung zum
Erfassen des anderen, zweiten Gelenksegments im Bereich der vertikalen
Achse aufweist, wobei zwischen den Gelenksegmenten zumindest in
axialer Richtung, also in Richtung der Gelenkachse wirkende Gleiteinrichtungen
vorgesehen sind, wobei die Spanneinrichtung Mittel zur Erzeugung
einer Vorspannung auf die Gelenksegmente aufweist, wobei das eine
Gelenksegment zwei Gelenksegmentelemente aufweist, die gesondert
jeweils an dem Rahmen des Fahrzeugteils durch Schrauben befestigt
sind. Wesentlich hierbei ist nun zum einen, dass zur Übertragung
der Relativbewegung zwischen den beiden Gelenksegmenten des Knickgelenkes
Gleiteinrichtungen vorgesehen sind. Um Gleiteinrichtungen auf Dauer
wirksam zu halten, ist es notwendig, dass sich die Gelenksegmente,
zwischen denen sich die Gleiteinrichtungen befinden, relativ zueinander
spielfrei bewegen. Das heißt,
durch die gesonderte Befestigung der Gelenksegmentelemente ist es
möglich,
die Gleiteinrichtungen spielfrei einzustellen. Zum anderen wird
durch die gesonderte Befestigung der Gelenksegmentelemente am Rahmen
nicht die Gefahr der Verspannung der Gelenksegmentelemente relativ
zum zweiten Gelenksegment bewirkt. Dies deshalb, weil zunächst das
erste und zweite Gelenksegment miteinander verbunden werden und
erst dann die Verbindung mit dem jeweiligen Fahrzeugteil erfolgt.
Durch entsprechende Langlöcher
am Rahmen des Fahrzeugs besteht hierdurch eine gewisse Variabilität.
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Für die Spaltfreiheit
ist gemäß der Lehre
der Erfindung eine Spanneinrichtung vorgesehen, die Mittel zur Erzeugung
einer Vorspannung auf die Gelenksegmente aufweist. Hieraus wird
deutlich, dass selbst dann, wenn sich die Gleiteinrichtungen im
Laufe der Zeit abnutzen, durch die Vorspannung die Spielfreiheit
auf Dauer gewährleistet
wird.
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Zur
Erzeugung der Vorspannung ist im Einzelnen nunmehr vorteilhaft vorgesehen,
dass die Spanneinrichtung eine Achshülse und eine Kontermutter umfasst,
wobei die Achshülse
mit der Kontermutter durch vorzugsweise einen Schraubbolzen verbunden
ist, wobei durch den vorzugsweise einen Schraubbolzen die beiden
Gelenksegmente gegen die Kraft einer Federeinrichtung vorspannbar
sind. Die Achshülse
fungiert hierbei als Achse für
das Knickgelenk, um die sich herum die beiden Gelenksegmente relativ
zueinander bewegen. Um die entsprechende Druckkraft in axialer Richtung
der Achshülse
auf die Gelenksegmente aufbringen zu können, ist nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die Achshülse einen Bund aufweist, der
auf das eine erste Gelenksegment wirkt, und dass die Mutter korrespondierend
einen entsprechenden Bund aufweist, der von der anderen Seite auf
dieses eine erste Gelenksegment wirkt.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Achshülse auf
der Innenmantelfläche
einen umlaufenden Steg zur Auflage für den Kopf des Schraubbolzens
auf. Hierdurch wird erreicht, dass die Spanneinrichtung im Wesentlichen
oberflächenbündig mit
der Oberfläche
des ersten Gelenksegmentes abschließt.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
ist nun vorgesehen, dass das zweite Gelenksegment im Bereich der
Spanneinrichtung auf der Ober- und Unterseite einen kreisringförmigen Absatz
zur Aufnahme jeweils einer Druckscheibe aufweist, wobei die Druckscheibe
durch mindestens eine, aus Gleichgewichtsgründen auch vorzugsweise drei,
auf dem Umfang gleichmäßig verteilte
Federeinrichtungen in Richtung auf das erste Gelenksegment zu pressbar sind,
wobei zwischen Druckscheibe und dem ersten Gelenksegment eine Gleiteinrichtung
vorgesehen ist. Durch die Druckscheibe in Verbindung mit der Federeinrichtung,
durch die die Druckscheibe in Richtung auf die Gleiteinrichtung,
beispielsweise eine Anlaufscheibe aus z. B. PTFE oder Ähnlichem,
wird erreicht, dass die beiden Gelenksegmente im Prinzip immer spielfrei
miteinander verbunden sind. D. h. die Vorrichtung ist insofern selbsttätig nachstellend,
was bedeutet, dass ein Verschleiß an der Anlaufscheibe durch
die Spanneinrichtung und hier speziell durch die Federeinrichtung
kompensiert wird. Wie bereits ausgeführt, ist die Druckscheibe durch
eine Federeinrichtung in Richtung auf das erste Gelenksegment zu
gepresst. Die Federeinrichtung umfasst in diesem Fall mehrere umfangsverteilt
angeordnete Tellerfederpakete, wobei ein jedes Tellerfederpaket
insbesondere durch einen Führungsbolzen
geführt
ist. Hierdurch wird erreicht, dass durch die Druckscheibe die als
Gleiteinrichtung ausgebildete Anlaufscheibe gleichmäßig belastet
und damit gleichmäßig auf
das erste Gelenksegment zu gedrückt
wird. Das Tellerfederpaket sitzt in einem Nest ein, wobei sich das
Nest unter der Druckscheibe befindet. Der Führungsbolzen, der in dem Nest
angeordnet ist, sorgt dafür,
dass das Tellerfederpaket geführt
ist, und dass die Druckscheibe nicht drehen kann.
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Die
als Anlaufscheibe ausgebildete Gleiteinrichtung überträgt die Kräfte in Achsrichtung der Spanneinrichtung.
Dies sind im Wesentlichen Momente auf Grund der Aufsattellast, allerdings
auch geringe Wankmomente. Um Brems- und Beschleunigungskräfte ebenfalls übertragen
zu können,
ist zwischen der Achshülse
und dem zweiten Gleitsegment eine sogenannte Gleitbuchse vorgesehen.
Diese Gleitbuchse kann aus dem gleichen Material hergestellt sein,
wie die als Gleiteinrichtung ausgebildete Anlaufscheibe.
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Eine
zweite Ausführungsform
zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen Schraubbolzen und Steg
auf der Innenmantelfläche
der Achsehülse
eine Federeinrichtung angeordnet ist. Eine Federeinrichtung, die
insbesondere als Tellerfederpaket ausgebildet ist, bewirkt, dass
das erste Gelenksegment im Bereich der maulartigen Öffnung dieses
ersten Gelenksegments auf das zweite Gelenksegment zu gepresst erhalten
wird. In diesem Zusammenhang ist auf Folgendes hinzuweisen:
Das
erste Gelenksegment umfasst zur Bildung der maulartigen, U-förmigen Öffnung im
Einzelnen ein oberes und ein unteres Gelenksegmentelement. Diese
beiden Gelenksegmentelemente werden an dem Rahmen des Chassis angeschraubt,
wobei vorher die Lagerung zusammengebaut wird. Hieraus folgt unmittelbar,
dass, um eine Spielfreiheit zwischen den beiden Gelenksegmenten
zu erzeugen, sowohl durch den Schraubbolzen als auch durch das Tellerfederpaket
die Eigenelastizität
des ersten Gelenksegments überwunden
werden muss, was insbesondere schwierig ist, wenn die Anlenkung
an dem Rahmen dieser Gelenksegmentelemente, die das erste Gelenksegment
bilden, im Wesentlichen durch eine starre Verbindung erfolgt. Hierin
liegt der Vorteil der ersten Ausführungsform zur zweiten Ausführungsform,
denn dort hat auf die Spielfreiheit die Steifigkeit des ersten Gelenksegments
keinen Einfluss.
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Bei
der zweiten Variante ist nun des Weiteren, wie auch bei der ersten
Ausführungsform,
vorgesehen, dass die zwischen den Gelenksegmenten angeordneten Gleiteinrichtungen
als Anlaufscheiben ausgebildet sind, wobei zwischen der Achshülse und dem
zweiten Gelenksegment ebenfalls eine Gleithülse vorgesehen ist.
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Bei
der dritten Ausführungsform
sind zwei sogenannte sphärische
Lager als Gleiteinrichtungen vorgesehen. Ein solches sphärisches
Lager zeichnet sich dadurch aus, dass es als Gleitlager ausgebildet ist
und zwei Lagerschalen aufweist, wobei die beiden Lagerschalen bogenförmig ausgebildete,
aneinander anliegende Gleitflächen
aufweisen. Durch die bogenförmige
Kontur der Lagerschalen wird erreicht, dass ein solches Lager sowohl
Kräfte
in radialer als auch in axialer Richtung aufnehmen kann. Viel wesentlicher
ist allerdings, dass ein solches sphärisches Lager in der Lage ist,
einen spielfreien Betrieb der beiden durch ein solches sphärisches
Lager verbundenen Bauelemente zu gewährleisten.
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Für den vorliegenden
Fall der Erfindung bedeutet dies, dass zur Erzeugung der Spielfreiheit
die zwei in Achsrichtung einander gegenüberliegende Lagerschalen der
beiden Gleitlager unter der Kraft einer Feder stehen, wodurch ein
solches sphärisches Lager
vom Grundsatz her selbst nachstellend ist, d. h., dass der Verschleiß an den
beiden aneinander anliegenden Lagerschalen eines jeden sphärisches
Lagers durch die Federkraft kompensiert oder ausgeglichen wird.
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Um
diesen Nachstellprozess zu ermöglichen,
ist vorgesehen, dass das durch Federkraft beaufschlagte Gleitlager
als Loslager, während
das andere Gleitlager als Festlager ausgebildet ist. Das Loslager
ist durch eine Passfeder gegen Verdrehen gesichert.
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Im
Einzelnen ist hierbei vorgesehen, dass sich die eine Lagerschale
des sphärischen
Lagers an dem einen Gelenksegment abstützt, wohingegen die andere
Lagerschale des sphärischen
Lagers an dem anderen Gelenksegment anliegt. Die insbesondere als
Federpaket ausgebildeten Tellerfedern wirken auf die beiden in Achsrichtung,
d. h. in Längsrichtung
der Drehachse, einander gegenüberliegenden
Lagerschalen eines jeden sphärischen
Lagers und pressen somit die beiden Lagerschalen eines jeden sphärischen
Lagers aneinander, wobei durch die bogenförmige Kontur gewisse Verschleißerscheinungen
im Laufe des Betriebes kompensiert werden.
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Allen
Ausführungsvarianten
ist gemein, dass die Achshülse
an dem ersten Gelenksegment unverdrehbar festgelegt ist, was ebenso
für die
Kontermutter gilt. Das heißt,
es soll hierdurch sichergestellt sein, dass sich tatsächlich nur
das zweite Gelenksegment relativ zum ersten Gelenksegment verdrehen kann.
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.
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1 zeigt
eine Übersichtzeichnung über das
Gelenk zwischen zwei Fahrzeugteilen;
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines Knickgelenks;
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
eines Knickgelenks;
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4 zeigt
eine dritte Ausführungsform
eines Knickgelenks.
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1 zeigt
das Gelenk 1 zwischen den beiden Fahrzeugteilen 2, 3.
Das Gelenk 1 umfasst im Einzelnen das mit 10 bezeichnete
Knickgelenk und das zwischen Knickgelenk und Fahrzeugteil 2 angeordnete
Nick/Wanklager 30. Das Knickgelenk 10 ist zum
Fahrzeugteil 3 hin durch einen Rahmen 40 verbunden,
wobei zwischen dem Knickgelenk 10 und dem Rahmen 40 Dämpfer 50 vorgesehen
sind. Das Knickgelenk dreht sich um die Achse 60.
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Gegenstand
der Erfindung ist nun die Ausbildung des Knickgelenkes 10.
Das Knickgelenk 10 umfasst bei beiden Varianten gemäß den 2 und 3 das
eine erste Gelenksegment 11 und das zweite Gelenksegment 12.
Das erste Gelenksegment 11 besitzt eine U-förmige, maulartige Öffnung 13,
die der Aufnahme des anderen, zweiten Gelenksegments 12 dient.
Das eine erste Gelenksegment 11 umfasst die beiden Gelenksegmentelemente 11a und 11b,
die jeweils an dem Rahmen 40 durch Schrauben (nicht dargestellt)
befestigt sind.
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Zur
Verbindung der beiden Gelenksegmente 11, 12 ist
nunmehr die mit 20 bezeichnete Spanneinrichtung vorgesehen;
die auch die Dreh- oder Gelenkachse bildet. Die mit 20 bezeichnete
Spanneinrichtung umfasst die Achshülse 21 und die Kontermutter 22,
wobei die Achshülse 21 mit
der Kontermutter 22 durch den Schraubbolzen 23 in
Verbindung steht. Sowohl die Achshülse 21 als auch die
Kontermutter 22 besitzen jeweils einen Bund 21a, 22a,
mit dem sich sowohl die Kontermutter als auch die Achshülse auf
der Unter- und auch auf der Oberseite des Gelenksegmentes 11 abstützen, wie
sich dies sowohl aus der 2 als auch aus der 3 ergibt.
Sowohl die Achshülse 21 als
auch die Kontermutter 22 sind durch Stifte 21b, 22b an
dem Gelenksegment 11 undrehbar festgelegt. Hierdurch soll
sichergestellt sein, dass eine Relativbewegung tatsächlich lediglich
zwischen den beiden Gelenksegmenten 11, 12 stattfindet.
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Zur
Verbindung des Schraubbolzens 23 mit der Kontermutter 22 besitzt
die Achshülse
auf ihrer Innenmantelfläche
einen umlaufenden Steg 21c, auf dem sich der Kopf des Schraubbolzens 23 abstützt. Zwischen
der Stirnseite des zweiten Gleitsegmentes 12 und der Achshülse 21 ist
eine Gleitbuchse 24 vorgesehen. Diese Gleitbuchse 24 überträgt Beschleunigungs-
und Bremskräfte
beim Anfahren und Bremsen des Fahrzeugs.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 2 ist nunmehr
zur Übertragung
sowohl der Aufsattellast sowie der geringen Wankmomente, als auch
zur Ermöglichung
der Drehbewegung der beiden Gelenksegmente 11, 12 relativ
zueinander Folgendes vorgesehen:
Das zweite Gelenksegment 12 weist
den kreisringförmigen
Absatz 14 auf. In diesem kreisringförmigen Absatz 14 lagert
die mit 15 bezeichnete Druckscheibe. Über der Druckscheibe befindet
sich die Anlaufscheibe 16, z. B. aus PTFE, die als Gleiteinrichtung fungiert,
die an der inneren Fläche
der maulartigen Öffnung
des Gelenksegmentes 11 befestigt ist. Unterhalb der Druckscheibe 14 sind
mehrere umfangsverteilt angeordnete nestartige Aussparungen 17 zur Aufnahme
einzelner Tellerfederpakete 18 vorgesehen. Durch diese
Tellerfederpakete 18, die jeweils durch einen Führungsbolzen 19 geführt sind,
wird die Druckscheibe 14 mit der darauf aufliegenden Anlaufscheibe
gegen die Anlaufscheibe 10 am Gelenksegment 11 gepresst,
wie sich dies unmittelbar aus 2 ergibt.
Durch die Tellerfederpakete wird insofern bewirkt, dass zwischen
den beiden Gelenksegmenten 11, 12 immer eine spielfreie,
aber relativ zueinander drehbare Verbindung besteht.
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Die
Ausführungsform
gemäß 3 unterscheidet
sich von der Ausführungsform
gemäß 2 dadurch,
dass dort die Vorspannung durch ein Federtellerpaket 27,
das sich zwischen dem Kopf des Schraubbolzens 23 und dem
Steg 21c befindet, aufrechterhalten wird.
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Die
Ausführungsform
gemäß 4 unterscheidet
sich von der Ausführungsform
gemäß den 2 und 3 im
Prinzip durch den Einsatz zweier sogenannter sphärischer Lager 25,
die in Achsrichtung des Knicklagers, also in Richtung der Drehachse
des Knicklagers, übereinander
angeordnet sind. Die beiden Gelenksegmente 11 und 12 sind
hierbei durch die beiden sphärischen
Lager 25 drehgelenkig verbunden. Im Einzelnen erfolgt die
Verbindung hierbei derart, dass das eine Gelenksegment 12 eine Bohrung 35 aufweist,
die schlussendlich der Aufnahme des Knicklagers dient. Im Bereich
der Bohrung 35 weist das Gelenksegment 12 einen
umlaufenden Bund 12a auf. Auf dem Bund 12a lagern
die Lagerschalen 25a, 125a des sphärischen
Lagers 25, 125. Die jeweils korrespondierende
Lagerschale 25b, 125b eines jeden sphärischen
Lagers 25, 125 liegt an dem anderen Gelenksegment 11 an,
wie sich dies unmittelbar in Anschauung von 4 ergibt.
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Zur
Herstellung der drehgelenkigen Verbindung zwischen den beiden Gelenksegmenten 11 und 12 ist
nunmehr der Schraubbolzen 23 vorgesehen sowie die Achshülse 21 und
die Kontermutter 22, wobei die Achshülse 21 und die Kontermutter 22 durch den
Schaubbolzen 23 miteinander in Verbindung stehen. Im Bereich
des umlaufenden Bundes 12a wird durch die Achshülse 21 und
die Kontermutter 22 ein Raum gebildet, der im Folgenden
als Federkammer 27 bezeichnet wird, und in dem das Tellerfederpaket 37 als
Federeinrichtung einsitzt. Die Anordnung der beiden Lagerschalen 125a, 125b des
Loslagers 125 ist hierbei derart, dass das Tellerfederpaket
auf die Lagerschale 125a wirkt und diese Lagerschale 125a durch
die Kraft des Tellerfederpaketes 37 gegen die jeweiligen
Lagerschalen 125b gepresst gehalten wird. Hierdurch wird
durch Verschleiß entstehendes Spiel
an der Berührungsfläche der
beiden Lagerschalen 125a und 125b ausgeglichen
bzw. kompensiert. Verdrehsicher gehalten wird das Loslager 125 durch
die Passfeder 38.
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Im Übrigen gilt,
dass Bezugszeichen für
gleiche Gegenstände
in den 2, 3 und 4 gleichgehalten
sind.