DE4419954A1

DE4419954A1 - Plug pin joint with spherical bearing surface of ball end for car steering system

Info

Publication number: DE4419954A1
Application number: DE4419954A
Authority: DE
Inventors: Milorad Dipl Ing Zivkovic
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Zivkovic Milorad Dipl-Ing 70794 Filderstadt
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2014-06-09
Also published as: DE4419954C2

Abstract

The ball end (2) spherical bearing surface is rotatably and swivelably fitted in a pan-shaped joint housing. The ball end is surrounded by a lower bearing shell (5) and a top bearing shell. A closure ring is located over the top bearing shell. On the side of the lower bearing shell, facing the ball end is formed a grooved structure with approx. circular lubrication grooves (6). Starting from the central bearing shell region, there are pref. numerous lubricating grooves of different dia.. Parts of the grooves and the structure may be recessed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zapfengelenk nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a pivot joint according to the The preamble of claim 1 defined in more detail.

Derartige Zapfengelenke (siehe z. B. DE-OS 30 00 764), auch als Kugelgelenke bezeichnet, werden häufig bei Lenkungen für Kraftfahrzeuge, z. B. für einen Einsatz in Spurstangen, verwendet. Um eine Lenkung möglichst wenig negativ zu beeinflussen, sollen Gelenke dieser Art möglichst reibungsarm und möglichst spielfrei aus gebildet sein.Such pivot joints (see e.g. DE-OS 30 00 764), also known as ball joints, are often used in Steering systems for motor vehicles, e.g. B. for use used in tie rods. For a steering if possible Joints are said to affect little negatively Kind as low friction and as free of play as possible be educated.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde ein spiel- und verspannungsfreies Gelenk mit möglichst geringem oder mit einstellbarem Reibungswert zu schaffen.The present invention therefore has the object establish a backlash-free and tension-free joint as low as possible or with an adjustable friction value to accomplish.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge löst.According to the invention, this task is characterized by the drawing part of claim 1 mentioned features ge solves.

Das Innere des Gelenkgehäuses ist im allgemeinen mit einer Fettschmierung versehen. Durch die erfindungsge mäße Ausbildung der unteren Lagerschale mit den kreis ringförmigen Schmierrillen entsteht neben einer guten Schmierung ein hydrostatischer Druck, der einen Groß teil der Kraftabstützung des Zapfengelenkes übernimmt.The interior of the joint housing is generally with provided with grease lubrication. By the fiction moderate formation of the lower bearing shell with the circle ring-shaped lubrication grooves are created alongside a good one Lubrication a hydrostatic pressure that a large takes over part of the power support of the pivot joint.

Mit einer steigenden Last auf das Zapfengelenk kommen durch eine entsprechende Verformung der unteren Lager schale nacheinander die einzelnen Ringe, die die li nienförmige Auflage für den Gelenkkopf zwischen den Schmierrillen bilden, von innen nach außen zunehmend zum Einsatz. Die Hauptreibung entsteht jedoch auf kleinen Durchmessern der Teilsegmente der unteren La gerschale. Insgesamt gesehen bleibt jedoch die Gesamt reibung sehr gering.Come on the pivot joint with an increasing load by a corresponding deformation of the lower bearings one after the other, peel the individual rings that hold the left helical support for the joint head between the Form greases, increasingly from the inside out for use. The main friction arises however small diameters of the subsegments of the lower La cup. Overall, however, the overall remains very little friction.

Als wesentliche Vorteile ergeben sich ein besserer Lenkungsrücklauf, eine bessere Zentrierung um die Mit tellage und keine Beeinflussung des Eigenlenkverhal tens. Auf Grund einer geringeren Achsreibung stellt sich auch ein besserer Abrollkomfort ein.The main advantages are better Steering return, better centering around the Mit tellage and no influence on the self-steering behavior tens. Because of a lower axle friction better rolling comfort.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be schriebenen Ausführungsbeispielen.Advantageous refinements and developments of Invention result from the dependent claims and from the following in principle with reference to the drawing written embodiments.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Zapfengelenk, Fig. 1 shows a longitudinal section through the inventive pivot joint,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch das untere Teil des Zapfengelenkes in vergrößertem Maßstab nach der Linie II-II der Fig. 3, Fig. 2 shows a partial longitudinal section through the lower part of the pin joint on an enlarged scale along the line II-II of Fig. 3,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die untere Lagerschale nach der Fig. 2, Fig. 3 is a plan view of the lower bearing shell according to FIG. 2,

Fig. 4 ein Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 5 durch die obere Lagerschale, Fig. 4 is a cross section along the line IV-IV of Fig. 5 by the upper bearing shell,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 5 shows a section according to the line VV of Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5, Fig. 6 shows a section along the line VI-VI of Fig. 5,

Fig. 7 einen Teillängsschnitt durch das untere Teil des Zapfengelenkes in einer abgewandelten Ausführungsform, ähnlich dem Teillängsschnitt gemäß Fig. 2, Fig. 7 shows a partial longitudinal section through the lower part of the joint pin in a modified embodiment, similar to the partial longitudinal section shown in FIG. 2,

Fig. 8 eine Draufsicht auf die untere Lagerschale nach der Fig. 7. Fig. 8 is a plan view of the lower bearing shell according to FIG. 7.

Das Zapfengelenk weist in üblicher Weise einen Gelenk zapfen 1 mit einem daran sich anschließenden kugelför migen Gelenkkopf 2 auf, der in einer Ausnehmung eines napfartigen Gelenkgehäuses 3 verdrehbar und auslenkbar gelagert ist. Zwischen dem Gelenkkopf 2 und dem Ge lenkgehäuse 3 sind eine obere Lagerschale 4 und eine untere Lagerschale 5 eingesetzt. Beide Lagerschalen 4 und 5 umfassen den Gelenkkopf 2 auf ihren Innenseiten teilweise, d. h. sie sind der Kugelform angepaßt. Die Aufnahme der unteren Lagerschale 5 wird durch eine Ge häusekontur gebildet, deren Krümmungsmittelpunkt ra dial zum Schalenboden geringfügig jenseits des Mittel punktes der Lagerschale 5 liegt, so daß die Lagerscha le 5 primär im Zentrumsbereich gegenüber dem aufneh menden Gelenkgehäuse 3 abgestützt ist. The pivot joint has in the usual way a pivot pin 1 with an adjoining kugelför shaped joint head 2 , which is rotatably and deflectably mounted in a recess of a cup-shaped joint housing 3 . Between the joint head 2 and the Ge steering housing 3 , an upper bearing shell 4 and a lower bearing shell 5 are used. Both bearing shells 4 and 5 partially enclose the joint head 2 on their inner sides, ie they are adapted to the spherical shape. The inclusion of the lower bearing shell 5 is formed by a Ge housing contour, the center of curvature ra dial to the bottom of the shell is slightly beyond the center point of the bearing shell 5 , so that the Lagerscha le 5 is primarily supported in the center area relative to the joint housing 3 receiving.

Die untere Lagerschale 5 besitzt auf ihrer dem Gelenk kopf 2 zugewandten Seite eine Rillenstruktur durch ei ne Vielzahl von Schmierrillen 6, die sich - ausgehend von dem zentralen Lagerschalengrund aus - kreisring förmig über einen wesentlichen Teil der unteren Lager schale 5 erstrecken. Durch diese Ausgestaltung entste hen zwischen den einzelnen Schmierrillen 6 kreisring förmige Auflage- bzw. Berührlinien mit dem Gelenkkopf 2.The lower bearing shell 5 has on its side facing the joint head 2 a groove structure by ei ne plurality of lubricating grooves 6 , which - starting from the central base of the bearing shell - extend in an annular shape over a substantial part of the lower bearing shell 5 . This configuration creates 6 annular contact or contact lines with the joint head 2 between the individual lubrication grooves 6 .

Zusätzlich sind im äußeren Bereich der unteren Lager schale 5 noch mehrere über den Umfang verteilt ange ordnete Fettaschen 7 zur zusätzlichen Schmierung vor gesehen. Die Fettaschen 7 erstrecken sich dabei vom Außenumfang der unteren Lagerschale 5 aus radial nach innen bis in den Bereich der Schmierrille 6 mit dem größten Durchmesser.In addition, are seen in the outer region of the lower bearing shell 5 more distributed over the circumference arranged fat pockets 7 for additional lubrication before. The grease pockets 7 extend from the outer circumference of the lower bearing shell 5 radially inwards into the area of the lubrication groove 6 with the largest diameter.

Die untere Lagerschale 5 liegt mit einem Absatzring 8 in einer Ringnut 9 des Gelenkgehäuses 3 an. Wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, ist die untere La gerschale 5 im Bereich der Ringnut 9 mit über den Au ßenumfang vorstehenden rippen- oder wellenförmigen Zähnen bzw. Vorsprüngen 10 versehen. Die rippenförmi gen Vorsprünge 10 können satzweise bzw. abschnittweise segmentförmig über den Umfang der Lagerschale 5 ver teilt angeordnet sein. Wie ersichtlich sind gemäß Fig. 3 vier Abschnitte mit jeweils mehreren Vorsprüngen 10 vorgesehen.The lower bearing shell 5 rests with a heel ring 8 in an annular groove 9 of the joint housing 3 . As can be seen from FIGS . 1 and 3, the lower bearing shell 5 is provided in the region of the annular groove 9 with rib-like or wavy teeth or projections 10 projecting beyond the outer circumference. The rippenförmi gene projections 10 can be arranged in sections or sections segmented over the circumference of the bearing shell 5 ver parts. As can be seen in FIG. 3, four sections, each with a plurality of projections 10, are provided.

Die Bereiche zwischen den Vorsprüngen und zwischen den einzelnen Abschnitten dienen als Fettreservoir. Die Vorsprünge 10 bzw. die untere Lagerschale 5 mit ihren Vorsprüngen 10 besitzt ein Übermaß gegenüber dem Durchmesser der Ringnut 9. Dies bedeutet die untere Lagerschale 5 wird bei der Montage entsprechend in das Gelenkgehäuse 3 unter einer entsprechenden Deformie rung der Vorsprünge 10 eingepreßt. Auf diese Weise er gibt sich sowohl eine Lagefixierung der unteren Lager schale 5 als auch eine Verdrehsicherung.The areas between the protrusions and between the individual sections serve as a fat reservoir. The projections 10 and the lower bearing shell 5 with their projections 10 have an excess compared to the diameter of the annular groove 9 . This means that the lower bearing shell 5 is pressed accordingly during assembly into the joint housing 3 with a corresponding deformation of the projections 10 . In this way he gives both a fixation of the lower bearing shell 5 and an anti-rotation.

Die Ausgestaltung der oberen Lagerschale 4 ist aus den Fig. 4 bis 6 deutlicher ersichtlich. Auf ihrer dem Ge lenkkopf 2 zugewandten Innenseite ist sie mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten, wenigstens an nähernd in axialer Richtung bzw. in Richtung von dem Gelenkzapfen zur unteren Lagerschale 5 hin verlaufen den Fettaschen in Form von Schmiernuten 11 versehen. Die Schmiernuten 11 sind dabei durchgehend ausgebil det, d. h. sie erstrecken sich von dem oberen bis zum unteren Rand der oberen Lagerschale 4. Außerdem fluch ten sie zu den Fettaschen 7 in der unteren Lagerschale 5.The design of the upper bearing shell 4 can be seen more clearly from FIGS. 4 to 6. On its Ge steering head 2 facing inside, it is provided with several distributed over the circumference, at least in the axial direction or in the direction of the pivot pin to the lower bearing shell 5 the fat pockets in the form of lubrication grooves 11 are provided. The lubrication grooves 11 are continuously ausgebil det, ie they extend from the upper to the lower edge of the upper bearing shell 4th In addition, they cursed to the fat pockets 7 in the lower bearing shell 5 .

Die obere Lagerschale 4 weist zusätzlich noch einen Ringflansch 12 in ihrem axial mittleren Bereich auf. Der Ringflansch 12 kann als Vollring ausgebildet sein. Auf der Unterseite, d. h. auf der zu der unteren Lager schale 5 zugewendeten Seite, ragen aus dem Ringflansch 12 Rippen, Wellen oder Zähne 13. Die Zähne 13 können entweder über den gesamten Umfang verteilt oder - ähn lich wie die Vorsprünge 10 der unteren Lagerschale 5 - abschnittsweise zusammengefaßt sein. Durch die Zähne 13 ergibt sich eine axiale Elastizität, die eine axia le Verschiebung der Schale 4 unter Ausnutzung der Ela stizität bei gleichbleibender radialen Abstützkraft für die Schale 4 ermöglicht. The upper bearing shell 4 additionally has an annular flange 12 in its axially central region. The ring flange 12 can be designed as a full ring. On the underside, ie on the side facing the lower bearing shell 5 , 12 ribs, shafts or teeth 13 protrude from the ring flange. The teeth 13 can either be distributed over the entire circumference or - similar to the projections 10 of the lower bearing shell 5 - summarized in sections. Through the teeth 13 there is an axial elasticity, which enables an axial displacement of the shell 4 by utilizing the elicity, while maintaining the radial support force for the shell 4 .

Zur Gelenkmontage wird ein Verschlußring 14 auf die obere Lagerschale 4 aufgesetzt, wobei dieser mit sei ner unteren Seite auf den Ringflansch 12 drückt. Um eine entsprechende Spielfreiheit zu erreichen ist es nur erforderlich die axiale Länge des Ringflansches 12 und die Längen und Auflagenflächen des Gelenkgehäuses 3 so zu wählen, daß sich nach der Gelenkmontage eine Verspannung des Gelenkkopfes 2 über eine Berührlinie A-B zu einem unteren Punkt C im Lagerschalengrund der unteren Lagerschale 5 ergibt. (siehe Dreieck ABC in der Fig. 1). Beim Einbördeln durch ein entsprechendes Umbiegen eines Bördelringes 15 des Gelenkgehäuses 3 auf einen Ringabsatz 16 des Verschlußringes 14 ent steht auf diese Weise eine definierte Abstützung des Verschlußringes 14 im Gelenkgehäuse 3, und zwar unab hängig von der Größe der Einbördelkraft, und damit ei ne Berührung des Gelenkkopfes 2 auf der Linie A-B zur oberen Lagerschale 4. Damit entsteht eine Spielfrei heit ohne das Zapfengelenk stark vorspannen zu müssen.For hinge assembly, a locking ring 14 is placed on the upper bearing shell 4 , which presses with its lower side onto the ring flange 12 . In order to achieve a corresponding freedom from play, it is only necessary to choose the axial length of the ring flange 12 and the lengths and contact surfaces of the joint housing 3 so that after the joint assembly a tensioning of the joint head 2 via a contact line AB to a lower point C in the bottom of the bearing shell lower bearing shell 5 results. (see triangle ABC in Fig. 1). When crimping by a corresponding bending of a crimp ring 15 of the joint housing 3 on a ring shoulder 16 of the locking ring 14 ent is in this way a defined support of the locking ring 14 in the joint housing 3 , regardless of the size of the crimping force, and thus ei ne touching the Rod end 2 on line AB to the upper bearing shell 4 . This creates a backlash-free unit without having to preload the pivot.

Axialkräfte stützen sich im Punkt C am Lagerschalen grund der unteren Lagerschale 5 ab, wobei unabhängig von dem Schwenkwinkel des Gelenkes die Abstützung primär im Zentrumsbereich (Punkt C) erfolgt.Axial forces are supported at point C on the bearing shells due to the lower bearing shell 5 , the support taking place primarily in the center area (point C) regardless of the swivel angle of the joint.

In den kreisringförmigen Schmierrillen 6 verbleibt je doch in jedem Fall ein hydrostatischer Druck.In any case, a hydrostatic pressure remains in the annular lubrication grooves 6 .

Im Punkt C liegt stets die größte Flächenpressung vor, welche nach außen zu abnimmt. Mit steigender Belastung kommen durch eine entsprechende Verformung der unteren Lagerschale 5, die im allgemeinen aus Kunststoff be steht (ebenso wie die obere Lagerschale 4) vom Punkt C ausgehend dann nacheinander die einzelnen Ringe von innen nach außen immer mehr in Einsatz, wobei die Ab stützung über die äußeren Ringe nur im Extremfall, und vergleichsweise geringfügig erfolgt.At point C there is always the greatest surface pressure, which decreases towards the outside. With increasing load coming from a corresponding deformation of the lower bearing shell 5 , which is generally made of plastic (as is the upper bearing shell 4 ) starting from point C, the individual rings from the inside to the outside are then used more and more, the support being provided over the outer rings only in extreme cases, and takes place comparatively slightly.

Wie ersichtlich ist es durch eine einfache Abstimmung der Form des Gelenkgehäuses 3, der unteren Lagerschale 5 und der Form des Gelenkkopfes 2 möglich, daß eine Punktberührung im Punkt C entsteht.As can be seen, it is possible through a simple coordination of the shape of the joint housing 3 , the lower bearing shell 5 and the shape of the joint head 2 that point contact occurs at point C.

Durch die Zähne 13 am Ringflansch 12 wird auch ein Spielausgleich in axialer Richtung zwischen den Lager schalen 4 und 5 erreicht.Through the teeth 13 on the ring flange 12 , a play compensation in the axial direction between the bearing shells 4 and 5 is achieved.

Durch eine entsprechende Wahl der Durchmesser der Zäh ne 13 und des Ringflansches 12 läßt sich für die obere Lagerschale 4 ebenfalls eine Verdrehsicherung, neben einem Axialtoleranzausgleich, erreichen.By an appropriate choice of the diameter of the teeth ne 13 and the ring flange 12 , an anti-rotation device can also be achieved for the upper bearing shell 4 , in addition to axial tolerance compensation.

Anzumerken ist noch, daß die Rillenstruktur der unte ren Lagerschale 5 nicht dergestalt sein muß, daß durchgehend kreisringförmige Schmierrillen 6 vorhanden sind. Um einen bestimmten Reibwert zu erreichen, kön nen noch entsprechende Aussparungen in der unteren La gerschale 5 vorgesehen sein. Dies ist beispielsweise durch eine zentrale Aussparung im mittleren Bereich oder durch Unterbrechungen der Kreisringe möglich. Wird eine zentrale Aussparung vorgesehen, so führt dies zu einer Abstützung in aus dem Zentrum (Punkt C) verlagerten Bereichen, also auf größerem Durchmesser, und damit zu einer höheren Reibung. Diese Ausgestal tung ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Wie ersicht lich liegt eine zentrale Aussparung 17 mit einem Durchmesser D in der unteren Lagerschale 5 vor. Die übrige Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispieles entspricht dem vorstehend genannten Ausführungsbei spiel, weshalb hierfür die gleichen Bezugszeichen ver wendet worden sind.It should also be noted that the groove structure of the lower bearing shell 5 need not be such that annular lubricating grooves 6 are present throughout. In order to achieve a certain coefficient of friction, appropriate recesses can still be provided in the lower bearing shell 5 . This is possible, for example, through a central recess in the central area or by interrupting the circular rings. If a central recess is provided, this leads to a support in areas displaced from the center (point C), that is to say with a larger diameter, and thus to greater friction. This Ausgestal device is shown in FIGS. 7 and 8. As ersicht Lich there is a central recess 17 with a diameter D in the lower bearing shell 5 . The remaining embodiment of this embodiment corresponds to the game Ausführungsbei mentioned, which is why the same reference numerals have been used for this purpose.

Die Definitionen "untere" und "obere" Lagerschale sind nur beispielsweise - bezogen auf das dargestellte Aus führungsbeispiel - so gewählt. Je nach Einbaulage des Zapfengelenkes kann auch eine umgekehrte Definition auftreten.The definitions are "lower" and "upper" bearing shell only for example - based on the shown off leadership example - so chosen. Depending on the installation position of the The pivot joint can also have an opposite definition occur.

Claims

1. pivot joint with a pivot pin which is rotatably and deflectably supported with a joint head having an at least approximately spherical bearing surface in a recess of a cup-like joint housing, the joint head being encompassed by a lower and an upper bearing shell, and wherein above the upper bearing shell Ver lock ring is arranged, characterized in that the lower bearing shell ( 5 ) on its side facing the joint head ( 2 ) has a groove structure with at least approximately circular lubricating grooves ( 6 ).

2. pivot joint in claim 1, characterized in that - starting from a central bearing shell base - a plurality of lubrication grooves ( 6 ) are provided with under different diameters.

3. Pin joint according to claim 1 or 2, characterized in that parts of the groove structure or the lubrication grooves ( 6 ) are recessed.

4. Pin joint according to one of claims 1 to 3, characterized in that above the lubrication grooves ( 6 ) or in a loading area of the lower bearing shell ( 5 ), which is closer to the pivot pin ( 1 ), additional fat pockets ( 7 ) are arranged are.

5. pivot joint according to one of claims 1 to 4, characterized in that the lower bearing shell ( 5 ) on the outer circumference with radi al over the outer circumference projecting rib or wave-shaped projections ( 10 ) is provided.

6. pivot joint according to one of claims 1 to 5, characterized in that the upper bearing shell ( 4 ) on its the joint head ( 2 ) facing side with fat pockets ( 11 ) is provided.

7. Pin joint according to claim 6, characterized in that the grease pockets are designed as continuous lubrication grooves ( 11 ) which run at least approximately from the top to the lower end of the upper bearing shell ( 4 ).

8. Pin joint according to claim 7, characterized in that the lubricating grooves ( 11 ) with the grease pockets ( 7 ) in the lower bearing shell ( 5 ) are aligned.

9. pivot joint according to one of claims 1 to 8, characterized in that the upper bearing shell ( 4 ) is provided on the outer circumference with an annular flange ( 12 ), on the lower side te or on the bottom bearing shell ( 5 ) GE facing one A plurality of teeth ( 13 ) distributed over the circumference are provided, with the locking ring ( 14 ) resting on the ring flange ( 12 ) on the top and the upper bearing shell ( 4 ) with its teeth ( 13 ) on a shoulder of the joint housing ( 3 ) lies.