DE2555731A1

DE2555731A1 - Gelenkverbindung

Info

Publication number: DE2555731A1
Application number: DE19752555731
Authority: DE
Inventors: David John Rowland Farrant
Original assignee: Automotive Products PLC
Current assignee: Automotive Products PLC
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1976-06-24
Also published as: US4017197A; ES443819A1; GB1490874A; FR2296121A1; JPS5189065A; JPS5839244B2; FR2296121B1

Description

PATENTANWÄLTE DipL-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG ■ BÖKENBUSCH 41 Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung Automotive Products Limited, Tachbrook Road, Leamington Spa,

Warwickshire, England

Gelenkverbindung

Die Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung.

Eine typische Gelenkverbindung enLhält einen mit einem Kopf versehenen Zapfen, der drehbar in einer Buchse gehaltert und durch zusammenpassende Lagerflächen am Kopf des Zapfens und der Buchse gegen Bewegungen in Längsrichtung gehalten ist. Viele solche Gelenkverbindungen sind zur Verwendung unter Bedingungen bestimmt, wo der Zapfen im Gebrauch Belastungen in Längsrichtung ausgesetzt ist, die vollständig oder hauptsächlich in einer Richtung wirken, so daß ein Verschleiß hauptsächlich auf den Lagerflächen stattfindet, welche einer Bewegung des Zapfens relativ zu der Buchse in dieser Richtung entgegenwirken. Ein Beispiel einer solchen Anwendung einer Gelenkverbindung ist das Federungssystem eines Kraftfahrzeugs. Eine Gefahr die dabei auftritt ist die, daß die Gelenkverbindung in einem solchen Maße verschleißen kann, daß der Kopf des Zapfens aus der Buchse herausgezogen werden kann, was zu einem plötzlichen vollständigen Ausfall der Federung führt. Ein drohender Ausfall wird unter Umständen nicht festgestellt, da die statische Belastung auf die Gelenkverbindung den infolge Verschleißes möglichen Grad der axialen Bewegung verbirgt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mittel zur Feststellung des Verschleißes in Gelenkverbindungen, und ist insbesondere aber nicht ausschließlich anwendbar bei Gelenkverbindungen, bei denen Belastungen in Längsrichtung und somit ein Verschleiß hauptsächlich in einer Richtung stattfinden.

609826/0287

Die Erfindung betrifft demgemäß eine Gelenkverbindung, enthaltend: einen mit einem Kopf versehenen Zapfen, eine Buchse, in welche der Kopf eingreift und aus welcher der Zapfen herausragt, zusammenpassende Lagerflächen an dem Kopf und der Buchse, so daß der Zapfen gegenüber der Buchse winkelbeweglich ist, und einen Verschleißanzeiger, der sich durch einen Durchbruch in der Buchse hindurcherstreckt und der mit seinem inneren Ende an den Kopf anlegbar ist, welche Gelenkverbindung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Membran vorgesehen ist, welche die Lagerflächen gegen das Eindringen von Fremdstoffen durch den Durchbruch hindurch abdichtet.

Im Betrieb gibt das Maß, bis zu welchem der Verschleißanzeiger sich in die Buchse hineinbewegt oder in die Buchse hineinbewegt werden kann eine Anzeige für den Grad des Verschleißes der Lagerflächen und gestattet einen Ersatz der Gelenkverbindung, bevor diese bis zu einem gefährlichen Maß verschlissen ist.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Gelenkverbindung.

Fig. 2, 3, 4 und 5 sind Schnitte von Teilen von Gelenkverbindungen ähnlich der von Fig. 1 und zeigen verschiedene Abwandlungen.

Die in Fig. 1 dargestellte Gelenkverbindung ist ein Kugelgelenk, wie es bei einer Kraftfahrzeugfederung verwendet werden kann. Die Gelenkverbindung enthält einen Zapfen 11, der an seinem unteren Ende einen Kopf 12 von sphärischer Grundform bildet. Der Zapfen ist aus gehärtetem Stahl hergestellt, so daß die Oberfläche des Kopfes 12 eine verschleißfeste Lagerfläche bildet. Das obere Ende des Zapfens 11 ist mit einem Gewinde versehen, und unterhalb des Gewindes 13 liegt ein sich verjüngender Abschnitt 14. Der Zapfen kann an einem von zwei

609826/0287 _ ₃ _

zusammenwirkenden Teilen angebracht werden, die gegeneinander schwenkbeweglich gelagert werden sollen, indem der sich verjüngende Abschnitt 14 in ein sich entsprechend verjüngendes Loch eingeführt wird und eine Mutter auf das Gewinde 13 aufgeschraubt wird, so daß der Zapfen in dem sich verjüngenden Loch durch Keilwirkung festgezogen wird.

Der Kopf 12 ist von einer Buchse 15 umschlossen. Die Buchse enthält ein Stahlgehäuse 16 von zylindrischer Grundform, dessen innere Oberfläche sich, wie bei 17 dargestellt, zu ihrem oberen Ende hin verjüngt. Das Gehäuse wird im Betrieb an dem zweiten der beiden zusammenwirkenden Glieder befestigt, die gegeneinander verschwenkbar gelagert werden sollen. Das Gehäuse 16 enthält eine Lagerhülse 18, welche eine teilweise sphärische, nach innen gerichtete Lagerfläche 19 besitzt, die komplementär zu der Lagerfläche des Kopfes 12 ist. Das untere Ende des Gehäuses 16 ist durch eine Deckelplatte 21 abgeschlossen, die in einen Teil des Gehäuses 16 von größerem Durchmesser eingesetzt ist, und durch einen umgebördelten Flansch 22 gehalten ist. Die Deckelplatte 21 dient dazu, ein ringförmiges Lagerglied 23 mit einer teilweise sphärischen Oberfläche 24 in Anlage an der Lagerfläche des Kopfes 12 zu halten, um den Kopf in Kontakt mit der Lagerfläche 19 der Lagerhülse 18 zu halten. Das Lagerglied 23 ist aus Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, hergestellt.

Zwischen die Deckelplatte 21 und das ringförmige Lagerglied 23 ist eine flexible Membran 25 eingelegt, und diese Membran ist auch längs ihres ümfanges mittels der Deckelplatte 21 und des umgebördelten Flansches 22 am Gehäuse befestigt. Ein mit der Membran 25 aus einem Stück geformter Verschleißanzeiger 26 ragt nach unten durch einen Durchbruch 27 in der Deckelplatte 21. Ein unterer Flansch 2o der Lagerhülse 18 und der äußere umfang der Membran 25 und der Deckelplatte 21 sind fest zwischen einer Schulter 3o an dem Gehäuse und dem umgebördelten Flansch 22 gehalten.

- 4 609826/0?87

-A-

Der Zapfen 11 erstreckt sich nach oben durch einen Durchbruch 28 am oberen Ende des Gehäuses 16, und zwar mit ausreichendem Spiel, um eine wesentliche Winkelauslenkung des Zapfens relativ zu dem Gehäuse 16 zu gestatten. Der Durchbruch 28 ist durch eine übliche flexible Gummimanschette 29 abgeschlossen. Das untere Ende der Manschette weist eine Wulst 31 auf, die in einer Nut 32 in der Nähe des oberen Endes des Gehäuses 16 mittels eines elastischen Drahtringes 33 gehalten ist. Das obere Ende der Gummimanschette 29 sitzt dicht auf dem sich verjüngenden Teil 14 des Zapfens 11 und ist durch einen Metallring 34 verstärkt.

Die oben beschriebene Gelenkverbindung soll in einer Lage verwendet werden, wo ein erstes, an dem Zapfen 11 befestigtes Glied normalerweise in Aufwärtsrichtung relativ zu einem zweiten, die Buchse 15 tragenden Glied belastet ist. Das erste Glied ist auf diese Weise frei schwenkbar an dem zweiten Glied angelenkt, derart, daß es in der Lage ist, sich um die Achse des Zapfens 11 zu verdrehen und auch in der Lage ist, sich in solcher Weise zu bewegen, daß die Achse des Zapfens eine andere Orientierung einnimmt. Die Erfindung sollte jedoch angewandt werden bei einer Gelenkverbindung, die nur eine dieser Winkelbewegungsarten gestattet. Die Oberfläche 19 der Lagerhülse 18 bildet die Hauptlagerfläche für die dazu komplementäre Lagerfläche des sphärischen Kopfes 12. Die Lagerfläche 24 des ringförmigen Lagergliedes 23 dient hauptsächlich Zentrierzwecken, da die Hauptlast von dieser Lagerfläche weggerichtet ist. Im Betrieb neigt die Lagerfläche 19 zum Verschleiß, und dieser Verschleiß kann so sein, daß die Lagerfläche 18 vollständig abgerieben wird. Der Metall-zu-Metall-Kontakt zwischen dem Kopf 12 und dem Gehäuse 16 würde dann einen schnellen weiteren Verschleiß verursachen, der schließlich dazu führen könnte, daß der Kopf 12 durch den Durchbruch 18 hindurch herausgezogen wird. Der Verschleißanzeiger 26 liefert ein Mittel zur Inspektion der Gelenkverbindung hinsichtlich des Verschleißes, so daß die Gelenkverbindung ersetzt werden kann, bevor irgendeine Gefahr auftritt oder bevor die Wirksamkeit der Gelenkverbindung durch ein wesentliches Maß an freiem Spiel

609826/0287 _ ₅ _

beeinträchtigt wird. Wenn die Lagerfläche 19 verschleißt, bewegt sich der Kopf 12 unter der wirksamen Last in Aufwärtsrichtung. Das gestattet eine Bewegung des Kopfes 26 in einem stärkeren Maße in das Innere der Buchse 15 hinein, bis diese wieder mit dem sphärischen Kopf 12 Kontakt gibt. Somit ist das Maß, bis zu dem der Verschleißanzeiger 26 aus der Deckelplatte 21 herausragt, wenn er in Kontakt mit dem sphärischen Kopf 12 ist, ein Maß für den Grad, bis zu welchem die Gelenkverbindung verschlissen ist. Der Verschleißanzeiger kann Marken aufweisen, welche anzeigen, daß die Gelenkverbindung ausgetauscht werden sollte, wenn die Marke mit der Oberfläche der Deckelplatte 21 zusammenfällt, oder vorzugsweise ist die Länge des Verschleißanzeigers 26 so, daß er mit der Deckelplatte 21 abschließend liegt in dem Zustand, wo die Gelenkverbindung ausgetauscht werden sollte. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es erforderlich, einen leichten Druck auf den Verschleißanzeiger 26 auszuüben, um ihn im Kontakt mit dem sphärischen Kopf 12 zu bringen und den Grad des Verschleißes zu messen, aber als Alternative kann auch der Verschleißanzeiger in Richtung auf den sphärischen Kopf 12 hin federbelastet sein.

Das Vorhandensein der Membran 25 dichtet die Lagerfläche der Gelenkverbindung gegen das Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit zu den Lagerflächen durch den Durchbruch 27 hindurch ab und gewährleistet so, daß die Lebensdauer der Gelenkverbindung nicht durch das Vorhandensein des Verschleißanzeigers beeinträchtigt wird.

Die in Fig. 2 in Teilansicht dargestellte Gelenkverbindung entspricht im Grundaufbau der in Fig. 1 dargestellten, jedoch ist die Membran 125 von Fig. 2 ein von dem Verschleißanzeiger 126 von Fig. 2 getrennter Bauteil. Der Verschleißanzeiger 126 weist einen Flansch 41 auf, welcher ein Herausfallen des Verschleißanzeigers aus seinem Durchbruch verhindert. Die Verwendung einer getrennten Membran und eines davon getrennten Verschleißanzeigers gestattet es, diese beiden Bauteile gegebenenfalls aus unterschiedlichen Materialien herzustellen.

609826/0287 <-

— η —

Beispielsweise könnten Probleme auftreten, einige Materialien in der Form der kombinierten Membran mit Verschließanzeiger von Fig. 1 zu formen, während im Falle von Fig. 2 die Membran aus einem flachen blattförmigen Material hergestellt werden könnte, während der Verschleißanzeiger ein Formteil, beispielsweise ein Spritzteil ist. Bei dieser Äusführungsform liegt der Verschleißanzeiger 126 über die Membran 125 an dem Zapfen an.

Eine weitere geringfügige Abwandlung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Abwandlung ist ein ringförmiges Lagerglied 223 (entsprechend dem Lagerglied 23 von Fig. 1) aus einem Stück mit einer Membran 225 und einem Verschließanzeiger 226 geformt. Das ringförmige Lagerglied 223 weist auch einen nach außen gerichteten Flansch 42 auf, der zwischen die Deckelplatte 21 und eine Schulter des Gehäuses 16 eingesetzt ist, so daß er das Lagerglied 223 auch nach Verschleiß der Gelenkverbindung in seiner Stellung hält. Es ist bei dieser Ausführungsform besonders wichtig, das Lagerglied in seiner richtigen Stellung zu halten, weil das Lagerglied auch die Membran 225 hält.

Figur 4 zeigt eine Abwandlung, in welcher keine getrennte Deckelplatte 21 verwendet wird. Stattdessen enthält das ringförmige Lagerglied 323 (entsprechend Lagerglied 23 von Fig. 1) einen im wesentlichen nach außen gerichteten Flansch 43, der dazu dient, das Lagerglied 323 gegenüber dem Gehäuse 16 festzuhalten. Wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 sind der Verschleißanzeiger 326 und die Membran 325 mit dem ringförmigen Lagerglied 323 aus einem Stück geformt.

Figur 5 zeigt eine weitere Abwandlung. Statt des ringförmigen Lagergliedes 23 von Fig. 1 ist eine schalenförmige kreisrunde Lagerplatte 44 vorgesehen. Die Lagerplatte 44 weist eine äußere Lippe 45 auf, die dazu dient, eine Wendelfeder 46 abzustützen, die auch an einer Deckelplatte 421 anliegt, und somit die Lagerplatte 44 in Lagerkontakt mit dem sphärischen Kopf 12 drückt. Bei dieser Äusführungsform bewirkt ein Verschleiß der Lagerhülse 18 kein freies Spiel in der Gelenkverbindung, weil

60982S/028? "^? "

der Kopf 12 dem Verschleiß unter dem Einfluß der Feder 46

folgt. Es ist bei einer solchen Gelenkverbindung, die nach einem Verschleiß kein Spiel zeigt, besonders wichtig, andere Mittel zur Anzeige des Verschleißes vorzusehen. Wie in den anderen Ausführungsbeispielen ist ein Verschleißanzeiger vorgesehen, welcher der Bewegung des Kopfes 12 infolge Verschleiß folgt, und zwar dadurch, daß der Verschleißanzeiger 426 an der Lagerplatte 44 anliegt. Der Verschleißanzeiger weist eine damit aus einem Stück geformten Membran 425 auf, deren äußerer Umfang zwischen der Feder 46 und der Deckelplatte 421 befestigt ist. Bei dieser Ausfuhrungsform liegt der Verschleißindikator 426 an dem Zapfen über die Lagerplatte an.

-Q-60982S/0287

Claims

Patentansprüche

Gelenkverbindung, enthaltend: einen mit einem Kopf versehenen Zapfen, eine Buchse, in welche der Kopf eingreift und aus welcher der Zapfen herausragt, zusammenpassende Lagerflächen an dem Kopf und der Buchse, so daß der Zapfen gegenüber der Buchse winkelbeweglich ist, und einen Verschleißanzeiger, der sich durch einen Durchbruch in der Buchse hindurcherstreckt und der mit seinem inneren Ende an den Kopf anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membran (25, 125, 225, 325, 425) vorgesehen ist, welche die Lagerflächen (19, 24) gegen das Eindringen von Fremdstoffen durch den Durchbruch (27) hindurch abdichtet.
2. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran und der Verschleißanzeiger von einem einzigen Formteil gebildet sind.
3. Gelenkverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiges Lagerglied (223, 323) mit der Membran und dem Verschleißanzeiger aus einem Stück geformt ist.
4. Gelenkverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (15) ein Gehäuse (16) aufweist mit einem Durchbruch in einem Ende desselben, durch welchen der Zapfen (11) hindurchragt, und einer öffnung in dem anderen Ende, welche durch einen stirnseitigen Deckel (21) abgeschlossen ist, und daß der Verschleißanzeiger (26) durch einen Durchbruch (27) in dem Deckel hindurchragt.

609826/0287
5. Gelenkverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse ein Gehäuse (16) aufweist mit einem Durchbruch in einem Ende, durch welchen der Zapfen (11) hindurchragt, und einer Öffnung an dem anderen Ende, die durch ein aus einem Stück geformtes Lager, Membran und Verschleißanzeigerglied (323, 325, 326) abgeschlossen ist, wobei das Lagerglied an dem Gehäuse befestigt ist.
6. Gelenkverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse ein Gehäuse (16) aufweist mit einem Durchbruch an einem Ende, durch welchen der Zapfen (11) hindurchragt, und eine Öffnung an dem anderen Ende, die durch einen stirnseitigen Deckel (421) abgeschlossen ist, und daß zwischen den Deckel und ein Lagerglied eine Feder (46) eingesetzt ist, welche das Lagerglied gegen den Kopf (12) des Zapfens drückt.

609826/0287

Leerseite