DE102005006884A1

DE102005006884A1 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE102005006884A1
Application number: DE102005006884A
Authority: DE
Inventors: Peter Bernhardt; Ulrich Mette
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: THK Rhythm Automotive GmbH
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: DE102005006884B4; US20060182491A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk (18) mit einem Gelenkgehäuse (20) und einem Gelenkzapfen (22), der einen Kugelabschnitt (24) und einen Zapfenabschnitt (26) umfaßt, wobei der Kugelabschnitt (24) schwenkbar im Gelenkgehäuse (20) gelagert ist und wobei zum Schutz des Bereichs zwischen Gelenkgehäuse (20) und Gelenkzapfen (22) ein Dichtungsbalg (8) vorgesehen ist. Im Inneren des Dichtungsbalgs (8) befindet sich ein Befestigungsring (16), der mit dem Gelenkgehäuse (20) oder mit dem Gelenkzapfen (22) verrastet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einem Gelenkgehäuse und einem Gelenkzapfen, der einen Kugelabschnitt und einen Zapfenabschnitt umfaßt, wobei der Kugelabschnitt schwenkbar im Gelenkgehäuse gelagert ist und wobei zum Schutz des Bereichs zwischen Gelenkgehäuse und Gelenkzapfen ein Dichtungsbalg vorgesehen ist.

Kugelgelenke der genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und kommen in verschiedensten Ausführungsformen zur Anwendung. Insbesondere im Kraftfahrzeugbau müssen im wesentlichen alle Kugelgelenke anhand von Dichtungsbälgen oder Dichtungsmanschetten gegen Schmutz und Feuchtigkeit geschützt werden. Ein Dichtungsbalg muß daher einerseits dichtwirkend und zuverlässig am Gelenkgehäuse und am Gelenkzapfen befestigt sein, er darf allerdings andererseits die Bewegungsmöglichkeiten des Kugelgelenks nicht einschränken oder durch Gelenkbewegungen beschädigt werden. Ein Dichtungsbalg wird üblicherweise mittels zusätzlicher Befestigungselemente wie Drahtring, Krallen- oder Blechringen am Gelenkgehäuse oder Gelenkzapfen angebracht. Bei der Gelenkfertigung werden diese Befestigungselemente zumeist nach der Dichtungsbalgmontage in einem zusätzlichen Arbeitsgang aufgebracht. Bei den in aller Regel metallischen Befestigungselementen kommt es infolge der außenseitigen freiliegenden Anbringung durch äußere Einflüsse zu Korrosionsbildung und Schmutzablagerungen. Dies wirkt sich ungünstig auf den Dichtungsbalg aus und kann diesen u.U. beschädigen.

Die DE 101 24 295 C2 offenbart ein gattungsgemäßes Kugelgelenk, bei dem der Dichtungsbalg, wie oben beschrieben, durch außenliegende Federringe befestigt ist. Die genannte Druckschrift hat das Ziel, durch die Schaffung einer besonderen Gleitfuge zwischen Zapfenteil und Dichtungsbalg einen hochwertigen Dichtungssitz zu schaffen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine vereinfachte und kostengünstige Dichtungsbalgmontage sowie eine Verbesserung der Dauerhaftigkeit des Dichtungsbalgs und seiner Befestigungselemente.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sich im Inneren des Dichtungsbalgs ein Befestigungsring befindet, der mit dem Gelenkgehäuse oder mit dem Gelenkzapfen verrastet ist. Der Befestigungsring ist somit geschützt, und darüber hinaus kann die Montage und die Befestigung des Dichtungsbalgs in einem Arbeitsgang erfolgen.

In einer Ausführungsform ist der Befestigungsring festhaftend am Dichtungsbalg angebracht, was zu einer besonders dichten Verbindung zwischen dem Befestigungsring und dem Dichtungsbalg führt.

In einer anderen Ausführungsform ist der Befestigungsring ein separates Einlegeteil. Auch in dieser Ausführungsform bilden Befestigungsring und Dichtungsbalg eine vormontierte Einheit, die in der Herstellung jedoch weniger aufwendig ist.

Der Befestigungsring wird bevorzugt aus einem korrosionsfreien Werkstoff hergestellt. Obwohl der Befestigungsring bereits durch seine Lage im Inneren des Dichtungsbalgs gut geschützt ist, führt diese Maßnahme zu einer besonders langlebigen und zuverlässigen Dichtungsbalgbefestigung. Ferner ist u.U. die Herstellung des Befestigungsrings aus einem korrosionsfreien Werkstoff (z.B. Kunststoff) preiswerter als die Verwendung eines metallischen Werkstoffs (z.B. Stahl).

Der Befestigungsring kann elastisch und/oder einseitig geschlitzt sein. Damit ist die Herstellung einer Rastverbindung besonders gut möglich, da sich der Befestigungsring radial aufweiten läßt und anschließend selbständig wieder in seine Ausgangsposition zurückschnappt. Der Kunststoff steht nicht unter Spannung. Ein Fließen oder Setzen wird verhindert.

Bevorzugt ist ein Rastabschnitt am Befestigungsring und ein weiterer Rastabschnitt am Gelenkgehäuse und/oder am Gelenkzapfen vorgesehen, wobei die Rastabschnitte eine Verbindung herstellen, die den Dichtungsbalg in radialer und axialer Richtung dichtend gegen das Gelenkgehäuse bzw. den Gelenkzapfen drückt. Die Rastverbindung sorgt also nicht nur für eine zuverlässige Befestigung des Dichtungsbalgs am Gelenkgehäuse oder am Gelenkzapfen, sondern auch für die notwendige Abdichtung zwischen den entsprechenden Bauteilen.

Der Befestigungsring kann einstückig mit einem Zusatzring verbunden sein, der sich bis zur Außenseite des Dichtungsbalgs erstreckt. Dies sorgt für eine Versteifung des Dichtungsbalgs im Verbindungsbereich. Die Verrastung zwischen Dichtungsbalg und Gelenkgehäuse bzw. Gelenkzapfen läßt sich dadurch besser herstellen, und bei Ausführungsformen, in denen der Befestigungsring festhaftend am Dichtungsbalg angebracht ist, ergibt sich eine größere Haftfläche und somit eine stärkere Verbindung zwischen dem Dichtungsbalg und den beiden Ringen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
1a einen Längsschnitt durch einen Dichtungsbalg und einen Befestigungsring;
1b einen Längsschnitt durch eine vormontierte Baueinheit aus dem Dichtungsbalg und dem Befestigungsring der 1a;
2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 ein Detail eines Längsschnitts durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer dritten Ausführungsform;
5 ein Detail eines Längsschnitts durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer vierten Ausführungsform;
6 ein Detail eines Längsschnitts durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer fünften Ausführungsform;
7 ein Detail eines Längsschnitts durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer sechsten Ausführungsform;
8 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer siebten Ausführungsform;
9 ein Detail eines Längsschnitts durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer achten Ausführungsform; und
10 einen Halbschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk gemäß einer neunten Ausführungsform.
Die 1a zeigt einen Längsschnitt durch einen Dichtungsbalg 8, der rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse A ist und aus einem nachgiebigen, elastischen und dichtenden Material besteht. Der Dichtungsbalg 8 weist eine obere axiale Öffnung 10 und eine untere axiale Öffnung 12 auf. Um später eine besonders dichte und zuverlässige Verbindung in radialer Richtung zu erhalten, sind beide Öffnungen 10, 12 an ihren Rändern profiliert. In der 1a besteht diese Profilierung aus mehreren umlaufenden, radial nach innen gerichteten Vorsprüngen. Zusätzlich befinden sich im Umfangsbereich der unteren axialen Öffnung 12 nach unten vorstehende Dichtlippen 14, die im eingebauten Zustand eine axiale Abdichtung sicherstellen.
Unterhalb des Dichtungsbalgs 8 ist in der 1a ferner ein Befestigungsring 16 dargestellt, der vorzugsweise aus einem korrosionsfreien Material hergestellt ist. Im Bereich der unteren axialen Öffnung 12 des Dichtungsbalgs 8 ist der Dichtungsbalg so geformt, daß er genau mit den Konturen des Befestigungsrings 16 übereinstimmt.
In der 1b ist der Befestigungsring 16 in die vorgesehene Ausnehmung des Dichtungsbalgs 8 eingelegt. Durch die übereinstimmenden Konturen sitzt der Befestigungsring 16 so fest, daß der Dichtungsbalg 8 und der Befestigungsring 16 eine vormontierte Einheit bilden.
Die 2 zeigt ein Kugelgelenk 18 mit einem Gelenkgehäuse 20 und einem Gelenkzapfen 22, der einen Kugelabschnitt 24 und einen Zapfenabschnitt 26 umfaßt. Der Kugelabschnitt 24 ist schwenkbar im Gelenkgehäuse 20 gelagert, wobei zum Schutz des Bereichs zwischen Gelenkgehäuse 20 und Gelenkzapfen 22 die vormontierte Einheit aus Dichtungsbalg 8 und Befestigungsring 16 entsprechend 1b vorgesehen ist.
Das Gelenkgehäuse 20 weist einen Rastabschnitt in Form einer Rastnase 28 auf, deren Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Befestigungsrings 16. Axial unterhalb dieser Rastnase 28 verringert sich zunächst der Durchmesser des Gelenkgehäuses 20 und weitet sich dann wieder auf. Durch die Aufweitung entsteht eine Anlagefläche, die bei montiertem Dichtungsbalg 8 mit den Dichtlippen 14 in Berührung kommt und zusammen mit den Dichtlippen 14 eine Abdichtung zwischen dem Gelenkgehäuse 20 und dem Dichtungsbalg 8 ausbildet.
Der Dichtungsbalg 8 wird in einem Arbeitsschritt axial von oben montiert. Er wird dabei über den Zapfenabschnitt 26 des Gelenkzapfens 22 geführt, bis der Befestigungsring 16 am Gelenkgehäuse 20 einrastet. Der Befestigungsring 16 weist ebenfalls einen Rastabschnitt 30 auf, der genau wie die Rastnase 28 eine abgeschrägte Anlagefläche umfaßt.
Bei der Montage des Dichtungsbalgs 8 kommt die angeschrägte Fläche der Rastnase 28 in Anlage mit der angeschrägten Fläche des Rastabschnitts 30. Durch axialen Druck nach unten gleiten diese abgeschrägten Flächen unter Aufweitung des Befestigungsrings 16 aneinander. In der Endposition schnappt der Befestigungsring 16 in seinen kleineren Ausgangsdurchmesser zurück und wird durch die Rastnase 28 am Zurückrutschen gehindert. Die notwendige Aufweitung des Befestigungsrings 16 kann dadurch realisiert werden, daß der Befestigungsring 16 elastisch und/oder einseitig geschlitzt ist.
Die Abmessungen des Dichtungsbalgs 8 mit seinem Befestigungsring 16 und des Gelenkgehäuses 20 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Rastabschnitte eine zuverlässige feste Verbindung herstellen und gleichzeitig den Dichtungsbalg 8 in radialer und axialer Richtung dichtend gegen das Gelenkgehäuse 20 drücken. Geringe Maßtoleranzen können dabei durch die Dichtlippen 14 und die Profilierung am Rand der unteren axialen Öffnung 12 ausgeglichen werden.
Die Profilierung entlang dem Innenumfang der oberen axialen Öffnung 10 kommt während der Montage des Dichtungsbalgs 8 in Anlage mit dem Zapfenabschnitt 26 des Gelenkzapfens 22. Dies ist auf der linken Seite der 2 zu sehen. Um eine sichere und dichte Verbindung zu schaffen, wird der Dichtungsbalg 8 an seiner oberen axialen Öffnung 10 axial nach unten gedrückt. Dies ist in 2 auf der rechten Seite zu sehen. Dadurch wird die obere axiale Öffnung 10 radial aufgeweitet, und der Dichtungsbalg liegt vorzugsweise aufgrund seiner Eigenelastizität sicher am Zapfenabschnitt 26 des Gelenkzapfens 22 an. Selbstverständlich kann diese Verbindung zusätzlich durch eine im Zapfenabschnitt vorgesehene Nut unterstützt werden, oder es kann bei fehlender Eigenelastizität im Bereich der oberen axialen Öffnung ein Einlegeteil im Dichtungsbalg 8 vorhanden sein, das eine hinreichende Verbindung sicherstellt.
Die 3 bis 10 zeigen bevorzugte Ausführungsformen des Befestigungsrings 16, wobei die Funktion und Montage analog zur oben beschriebenen Ausführungsform ist. In den 3 bis 7 ist der Befestigungsring 16 als separates Einlegeteil ausgeführt, in den 8 und 9 finden sich Beispiele für eine festhaftende Verbindung zwischen Dichtungsbalg 8 und Befestigungsring 16.
In der Ausführungsform nach 3 ist der Befestigungsring 16 aus einem im Querschnitt verformten Streifen konstanter Dicke hergestellt. Bei der Wahl dieser Querschnittsform ist daher die Verwendung von Blech als Material für den Befestigungsring besonders vorteilhaft.
In 4 ist nur noch der Verbindungsbereich zwischen Dichtungsbalg 8 und Gelenkgehäuse 20 im Detail zu sehen. Der Querschnitt des Befestigungsrings 16 ähnelt dem aus 3, ist aber innerhalb des Dichtungsbalgs nach unten abgebogen. Auch diese Querschnittsform ist bevorzugt für eine Blechausführung des Befestigungsrings 16 vorgesehen. Die Spannmittel (6 und 7) sind beidseitig (symmetrisch) zu verbauen.
Die 5 bis 7 zeigen denselben Detailausschnitt wie 4, wobei der Querschnitt des Befestigungsrings 16 S-förmig (5), T-förmig (6) oder kreisrund (7) ist. Bei dieser Querschnittswahl bieten sich besonders Metalle und Kunststoffe als Herstellungsmaterialien für den Befestigungsring 16 an, es können aber selbstverständlich auch andere Materialien oder Materialmischungen zum Einsatz kommen.
Die 8 zeigt einen Längsschnitt durch ein Kugelgelenk 18 mit einem Dichtungsbalg 8, einem Befestigungsring 16 und einem Zusatzring 32, wobei der Befestigungsring 16 und der Zusatzring 32 festhaftend am Dichtungsbalg angebracht sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Zusatzring 32 aus demselben Material wie der Befestigungsring 16 und einstückig mit dem Befestigungsring 16 verbunden. Der Befestigungsring 16 ist nach wie vor geschützt im Inneren des Dichtungsbalgs 8 untergebracht und sorgt für die Rastverbindung mit dem Gelenkgehäuse 20. Der Zusatzring 32 schließt sich an den Befestigungsring 16 an und erstreckt sich durch den Dichtungsbalg 8 bis zur Außenseite des Dichtungsbalgs. Insgesamt ergibt sich ein U-förmiger Querschnitt, der aus den zwei funktional unterschiedlichen Ringen besteht. Während der Befestigungsring für eine zuverlässige und dichte Verbindung zwischen Dichtungsbalg 8 und Gelenkgehäuse 20 sorgt, bietet der Zusatzring 32 zusätzliche Haft- bzw. Verbindungsfläche, was die Herstellung einer festhaftenden Verbindung (z.B. durch Anvulkanisieren oder Verkleben) erleichtert. Darüber hinaus gewinnt der gesamte Verbindungsbereich des Dichtungsbalgs an Stabilität, wodurch die Zuverlässigkeit der Verbindung erhöht wird.
Die 9 zeigt eine Ausführurgsform des Befestigungsrings 16, die der Ausführungsform nach 8 sehr ähnlich ist. Der Gesamtquerschnitt aus außenliegendem Zusatzring 32 und innenliegendem Befestigungsring 16 ist ebenfalls U-förmig, allerdings weist der Befestigungsring 16 einen abgewinkelten Rastabschnitt 30 auf.
In 10 ist ein Längsschnitt durch ein zur Achse A rotationssymmetrisches Kugelgelenk dargestellt, wobei sowohl die Verbindung zwischen Dichtungsbalg 8 und Gelenkgehäuse 20 als auch die Verbindung zwischen Dichtungsbalg 8 und dem Gelenkzapfen 22 als Rastverbindung ausgebildet ist. Am Zapfenabschnitt 26 des Gelenkzapfens 22 ist zu diesem Zweck eine umlaufende Nut 34 ausgebildet, in die der obere Befestigungsring 16 einrastet. Natürlich können die Befestigungsringe 16 auch in dieser Ausführungsform andere als die dargestellten Querschnittsformen aufweisen. Ferner sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen lediglich der Gelenkzapfen 22 mit dem Dichtungsbalg 8 verrastet ist und für die Verbindung zwischen dem Dichtungsbalg 8 und dem Gelenkgehäuse 20 eine alternative Verbindung vorgesehen ist.

Claims

Kugelgelenk (18) mit einem Gelenkgehäuse (20) und einem Gelenkzapfen (22), der einen Kugelabschnitt (24) und einen Zapfenabschnitt (26) umfaßt, wobei der Kugelabschnitt (24) schwenkbar im Gelenkgehäuse (20) gelagert ist und wobei zum Schutz des Bereichs zwischen Gelenkgehäuse (20) und Gelenkzapfen (22) ein Dichtungsbalg (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Inneren des Dichtungsbalgs (8) ein Befestigungsring (16) befindet, der mit dem Gelenkgehäuse (20) oder mit dem Gelenkzapfen (22) verrastet ist.
Kugelgelenk (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsring (16) festhaftend am Dichtungsbalg (8) angebracht ist.
Kugelgelenk (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsring (16) als separates Einlegeteil am Dichtungsbalg (8) vormontiert ist.
Kugelgelenk (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsring (16) aus einem korrosionsfreien Werkstoff hergestellt ist.
Kugelgelenk (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsring (16) elastisch und/oder einseitig geschlitzt ist.
Kugelgelenk (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rastabschnitt (30) am Befestigungsring (16) und ein weiterer Rastabschnitt am Gelenkgehäuse (20) und/oder am Gelenkzapfen (22) vorgesehen ist.
Kugelgelenk (18) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastabschnitte eine Verbindung herstellen, die den Dichtungsbalg (8) in radialer und axialer Richtung dichtend gegen das Gelenkgehäuse (20) bzw. den Gelenkzapfen (22) drückt.
Kugelgelenk (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsring (16) einstückig mit einem Zusatzring (32) verbunden ist, der sich bis zur Außenseite des Dichtungsbalgs (8) erstreckt.