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Dokumentenidentifikation DE10126892C2 02.10.2003
Titel Gelenk
Anmelder RAG AG, 45128 Essen, DE
Erfinder Gessner, Norbert, 66299 Friedrichsthal, DE
Vertreter Dr.-Ing. W. Bernhardt u. Dipl.-Phys. Dr. R. Bernhardt, 66123 Saarbrücken
DE-Anmeldedatum 01.06.2001
DE-Aktenzeichen 10126892
Offenlegungstag 19.12.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse F16C 11/04
IPC-Nebenklasse E04G 1/04   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Gelenk, insbesondere zum Verbinden von Stangen in einem gelenkigen Gerüst.

Es bestehen Einsatzfälle für Gelenke, bei denen sich andere Anforderungen stellen als die meist gewünschte Leichtgängigkeit, Verschleißarmut, hohe Kraftübertragung u. a..

Im vorliegenden Falle steht insbesondere ein Gerüst nach der DE 101 19 085 A1 in Betracht zum Lackieren von Karosserieteilen, wie Stoßstangen, Zierleisten, Lampenabdeckungen usw. mit den Bearbeitungsschritten Reinigen, Anwärmen, Lackieren und Trocknen. Das Gerüst und seine Gelenke brauchen keine große Tragfähigkeit zu haben. Die Gelenke müssen aber Verschmutzung und Verklebung durch Staub, Farbnebel usw. wie auch ein Reinigen unter Anwendung von aggressiven Reinigungsmitteln und von Hitze zum Abbrennen von Lackresten bis zu 600°C vertragen. Vor allem sollen sie spielfrei sein, um die Karosserieteile in genau wiederholbare Stellungen gegenüber den Lackspritzrobotern bringen zu können.

Aus der US 3,874,028 ist ein Gelenk, insbesondere für Kraftfahrzeugtüren, bekannt, das axiale sowie radiale Lasten aufnehmen und undurchlässig für korrosive Medien sein soll. Das Gelenk weist ein in einer bestimmten Weise eingekapseltes Kugellager von im übrigen solcher Gestaltung auf, dass es in ein ursprünglich aus drei gleichachsigen Hülsen und einem Zapfen bestehendes Scharnier an der axial belasteten Stelle zwischen der unteren und der mittleren Hülse, diese verbindend, eingesetzt werden kann. Der Zapfen ist beschränkt auf die Verbindung der oberen mit der mittleren Hülse. Er greift aus der oberen Hülse in die mittlere mit einer Verjüngung in Form eines Konus', für den in der mittleren Hülse eine angepasste konische Aufnahme ausgebildet ist. Dabei liegt ein breiterer Abschnitt des Konus' vor und ein schmalerer Abschnitt hinter der Aufnahme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk zu schaffen, das spielfrei ist und Schmutz und Hitze verträgt.

Gemäß der Erfindung erfüllt diese Anforderungen ein Gelenk mit zwei Zapfen und zwei Lagern in gleichachsiger Anordnung, die eine Ringkante aufweisen, an der die Zapfen mit einer an ihnen ausgebildeten Verjüngung unter elastischer Vorspannung anliegen, wobei ein breiterer Abschnitt der Verjüngung vor der Ringkante liegt und ein schmalerer Abschnitt der Verjüngung sich hinter der Ringkante erstreckt.

Die Lagerung der Zapfen mit ihrer Verjüngung an der Ringkante unter elastischer Vorspannung schließt jedes Spiel aus, da sie selbsttätig immer zur vollständigen Anlage führt. Das gilt auch, wenn sich durch Verschleiß die Ringkante etwas verbreitert und im Durchmesser vergrößert und/oder der Zapfen an der bisherigen Berührungsstelle im Durchmesser verkleinert. Der Zapfen dringt einfach nur tiefer in die Ringkante ein.

Die Lagerung kann auf diese Weise, auch indem der Zapfen, umgekehrt, weiter aus der Ringkante heraustritt, auch jeglichen Wärmeausdehnungen bei Erhitzung und Schrumpfungen bei Abkühlung folgen, ohne dass ein Schaden entsteht.

Bei der Anlage nur an der Ringkante und nach Verschleiß nur an einer schmalen Ringfläche wird, zumal unter der dadurch entstehenden hohen Flächenpressung, etwa zwischen die Berührungsflächen gedrungener Schmutz, einschließlich z. B. Lack, schnell wieder nach der einen oder der anderen Seite ausgedrückt. Das Gelenk ist wartungsfrei.

Zur Wartungsfreiheit gehört auch, dass nicht geschmiert wird. Ebenso wie Schmutz würde auch Schmiermittel alsbald an der Berührungslinie bzw. dem, linienähnlich schmalen, Berührungsstreifen ausgedrückt. Statt Schmierung schleifen sich die beiden Berührungsflächen infolge der hohen Flächenpressung aufeinander ein. Es kann auch in an sich bekannter Weise eine reibungsarme Metallkombination vorgesehen werden.

Schmiermittel würde im übrigen nicht standhalten, wenn Lack durch Verbrennen entfernt wird.

Die Ringkanten sind zweckmäßigerweise als Eingang einer zylindrischen Ausnehmung gebildet, in die der schmalere Abschnitt der Verjüngung hineinragt.

In die Ausnehmung ausgedrückter Schmutz kann sich dort sammeln, ohne zu stören.

Die Verjüngung der Zapfen wird man in der Regel kegelförmig und mit einem Scheitelwinkel zwischen 40 und 70°, vorzugsweise zwischen 50 und 65°, gestalten. Gewölbte Ausbildungen stehen jedoch nicht außer Betracht, z. B. auch die Verwendung von Kugeln. Die genannten Winkel gelten dann für die Neigung an der Berührungsstelle.

Je kleiner der Scheitelwinkel, umso geringer ist die in Achsrichtung der Bolzen wirkende und von der Vorspannung zu übertreffende Kraftkomponente, die sich bei der Belastung des Gelenks durch von außen in das Gelenk eingebrachte, zur Gelenkachse parallele Kräfte ergibt, d. h. im Falle des Gerüsts durch das Gewicht von Stangen und an diesen angebrachten Teilen.

Diese Kraftkomponente ist außerdem umso kleiner, je größer das Verhältnis zwischen dem Abstand der beiden Ringkanten voneinander und ihrem Durchmesser ist, d. h. je mehr die Richtung der auf die Bolzen ausgeübten Kraft der Senkrechten auf die Gelenkachse angenähert ist.

Schließlich ist die Kraftkomponente umso geringer, je größer der Abstand zwischen den beiden Ringkanten ist und damit der Hebelarm des Drehmoments, das das Gelenk statisch halten muß.

Andererseits darf der Scheitelwinkel nicht so klein werden, dass es zu Verklemmungen des Kegels in der Ringkante kommen kann.

Die jeweils für den Einsatzfall geeigneten Abmessungen kann der Konstrukteur unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte ohne weiteres finden.

Vorzugsweise liegen die Ausnehmungen jeweils in einer Vertiefung, die gleichfalls kegel(stumpf)förmig gestaltet ist und einen Scheitelwinkel von 80 bis 100° hat.

Das wirkt sich nicht auf die Kraftkomponenten aus, ist aber unter den Gesichtspunkten des Verschleißes und der allmählichen Verbreiterung der Ringkante zu einer schmalen Ringfläche günstig.

Zweckmäßigerweise wird ein inneres Gelenkteil aus Vollmaterial, in dem die Ausnehmungen herausgearbeitet sind, von einem U-förmigen äußeren Gelenkteil umgriffen, das die Zapfen aufweist.

Anders als bei der Umkehrung können dann die Zapfen als Ganzes z. B. in einer Gewindebohrung des äußeren Gelenkteils sitzen, derart, dass sie von außen eingeführt und eingeschraubt werden können.

Die Verjüngung wird in der Regel an einem verschiebbar geführten, durch ein elastisches Element kraftbeaufschlagten vorderen Teil der Zapfen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Zapfen teleskopisch ausgebildet, wobei das vordere Teil durch ein feststehendes hinteres Teil des Zapfens geführt ist. Diese Ausbildung dürfte für die Übertragung der auf die Zapfen wirkenden Querkräfte die günstigste sein.

Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Sie zeigt, weitgehend schematisiert, einen axialen Schnitt durch eine Gelenkverbindung zweier Stangen.

An einer Stange 1 sitzt ein mit zwei Zapfen 2 versehenes äußeres Gelenkteil 3 und an einer Stange 4 ein inneres Gelenkteil 5, das zwei Lager 6 für die beiden Zapfen 2 aufweist.

Das innere Gelenkteil 5 besteht aus Vollmaterial. Die Lager 6 sind darin herausgearbeitet jeweils in Form einer kegelstumpfförmigen Vertiefung mit einem Scheitelwinkel des Kegels von 90°, an die sich eine zylindrische Ausnehmung 8 anschließt. Zwischen der Vertiefung 7 und der zylindrischen Ausnehmung 8 ist eine Ringkante 9 gebildet.

Das äußere Gelenkteil 3 ist U-förmig ausgebildet. Die Zapfen 2 sitzen darin, im Ganzen gesehen, als Einsatzteile 10. Die eigentlichen Zapfen 2 befinden sich dabei an in die U-Schenkel 11 des äußeren Gelenkteils 3 eingeschraubten Basisteilen 12.

Die Zapfen 2 bestehen in teleskopischer Ausbildung aus einem starr mit dem Basisteil 12 verbundenen hinteren Teil 13 und einem auf diesem geführten vorderen Teil 14. Das vordere Teil 14 wiederum besteht aus einer das hintere Teil 13 umfassenden Hülse 15 und einem auf deren Stirnseite angeordneten Kegel 16 aus Vollmaterial.

Eine Druckfeder 17 ist gegen das Basisteil 12 abgestützt und drückt auf die Rückseite des Kegels 16.

Die beiden Kegel 16 haben einen Scheitelwinkel von 60°. Der Durchmesser und die Tiefe der Ausnehmungen 8 sind so bemessen, dass die Kegel 16 dabei in einen größeren Teil der Tiefe der Ausnehmung hineinragen, aber immer noch so viel Abstand vom Boden 18 der Ausnehmung bleibt, dass die Kegel 16 sich im Zuge von Verschleiß weiter in die Ausnehmungen 8 hineinarbeiten können.

Die Gelenkbewegung ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung.

Wird die Stange 4 von der Stange 1 über das Gelenk getragen, d. h. bei senkrecht stehender Gelenkachse, so führen das Gewicht der Stange 4 und der von dieser weiter getragenen Teile in dem Gelenk zu einem Drehmoment, das an den durch die Pfeile der Bezugszeichen 9 bezeichneten beiden Stellen abgestützt wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Gelenk, insbesondere zum Verbinden von Stangen (1; 4) in einem gelenkigen Gerüst, mit zwei Zapfen (2) und zwei Lagern (6) in gleichachsiger Anordnung, die eine Ringkante (9) aufweisen, an der die Zapfen (2) mit einer an ihnen ausgebildeten Verjüngung (16) unter elastischer Vorspannung (17) anliegen, wobei ein breiterer Abschnitt der Verjüngung vor der Ringkante (9) liegt und ein schmalerer Abschnitt der Verjüngung sich hinter der Ringkante (9) erstreckt.
  2. 2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanten (9) als Eingang einer, vorzugsweise zylindrischen, Ausnehmung (8) gebildet sind, in die der schmalere Abschnitt der Verjüngung hineinragt.
  3. 3. Gelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein inneres Gelenkteil (5) von einem äußeren Gelenkteil (3), vorzugsweise U-förmig, umgriffen wird.
  4. 4. Gelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gelenkteil (5) die Lager (6) aufweist und das äußere Gelenkteil (3) die Zapfen (2) aufweist.
  5. 5. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gelenkteil (5) aus Vollmaterial besteht und die Ausnehmungen (8) darin herausgearbeitet sind.
  6. 6. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (8) jeweils in einer, vorzugsweise kegelstumpfförmigen, Vertiefung (7) liegen.
  7. 7. Gelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelstumpfförmige Vertiefung (7) einen Scheitelwinkel von 80 bis 100° hat.
  8. 8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung (16) der Zapfen (2) im wesentlichen kegelförmig ist und einen Scheitelwinkel von 40 bis 70°, vorzugsweise 50 bis 65°, hat.
  9. 9. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bei einem der beiden Zapfen die Verjüngung (16) an einem verschiebbar geführten (13), durch ein elastisches Element (17) kraftbeaufschlagten vorderen Teil (14) des Zapfens (2) ausgebildet ist.
  10. 10. Gelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (2) teleskopisch ausgebildet ist, wobei das vordere Teil (14) durch ein feststehendes hinteres Teil (13) des Zapfens (2) geführt ist.
  11. 11. Gelenk nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (2) als Ganzes (10) in einer Gewindebohrung des äußeren Gelenkteils (3) sitzen, vorzugsweise derart, dass sie von außen eingeführt und eingeschraubt werden können.






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