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Die
Erfindung betrifft einen Dichtungsbalg für ein Kugelgelenk.
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Die
meisten Kugelgelenke, insbesondere bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen,
müssen
gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit geschützt sein,
um eine geringe Wartungsintensität
und eine hohe Lebensdauer des Kugelgelenks zu gewährleisten.
Zu diesem Zweck werden Dichtungsbälge in unterschiedlichen Ausführungsformen
eingesetzt.
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Die
Kontaktbereiche zwischen dem Dichtungsbalg und einem Gelenkbauteil
bzw. einer Zapfenaufnahme sind üblicherweise
radial und axial abgedichtet. Die radiale Abdichtung gegen das Gelenkbauteil
erfolgt durch eine Vorspannung des Dichtungsbalgs selbst, ggf. unterstützt durch
zusätzliche Spannringe
oder integrierte Spannmittel. Die axiale Abdichtung gegen die Zapfenaufnahme
erfolgt gewöhnlich
durch eine entsprechende Geometrie des Dichtungsbalgs.
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Diese
Form der Abdichtung reicht nur dann aus, wenn vorhandene Gleitfugen
zwischen dem Gelenkbauteil bzw. der Zapfenaufnahme und dem Dichtungsbalg
vor Korrosion geschützt
sind, oder alle relevanten Bauteile aus einem korrosionsfreien Werkstoff
bestehen.
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Die
Zapfenaufnahme ist jedoch in der Regel ein Karosserieteil, welches
korrosionsgefährdet
ist. Infolge der Korrosion der Zapfenaufnahme rauht sich deren Oberfläche immer
weiter auf, bis eine Relativbewegung zwischen dem Dichtungsbalg
und der Zapfenaufnahme nicht mehr möglich ist. Dies führt gewöhnlich zum
Bruch oder Riß des
Dichtungsbalgs, weil beim Drehen und Kippen des Gelenks die Bewegungsfreiheit
des Dichtungsbalgs behindert ist. Im folgenden wird die Beeinträchtigung
der Relativbewegung zweier Bauteile aufgrund der Korrosion wenigstens
eines Bauteils auch als „Festrosten" bezeichnet.
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In
der
DE 101 24 295
C2 ist ein Kugelgelenk offenbart, bei dem eine radiale
Fuge zwischen Dichtungsbalg und Gelenkzapfen als aufwendiger Dichtsitz
ausgebildet ist, der ein Gleiten des Dichtungsbalgs relativ zum
Gelenkzapfen zuläßt. Diese
radiale Fuge liegt jedoch sowieso in einem korrosionsgeschützten Bereich
des Kugelgelenks, wohingegen die axiale Dichtfuge zwischen Dichtungsbalg
und Zapfenaufnahme korrosionsgefährdet
bleibt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, auf einfache
Art und Weise einen Dichtungsbalg zu schaffen, der das Drehen und
Kippen eines Kugelgelenks dauerhaft zuläßt, ohne daß seine Schutzwirkung beeinträchtigt wird.
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Erfindungsgemäß ist hierfür ein Dichtungsbalg
vorgesehen, mit einem Gleitring, der im wesentlichen rotationssymmetrisch
zu einer Mittelachse ist, wobei der Gleitring so am Dichtungsbalg
befestigt ist, daß er
relativ zum Dichtungsbalg um diese Achse drehbar ist. Damit wird
eine zusätzliche
Fuge geschaffen, die bei Gelenkbewegungen eine notwendige Gleitmöglichkeit
des Dichtungsbalgs gewährleistet.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Gleitring einen Befestigungsabschnitt, der in eine Ausnehmung
des Dichtungsbalgs eingerastet ist. Der Gleitring und der Dichtungsbalg
können
somit als vormontierte Einheit geliefert oder bei der Montage des
Kugelgelenks auf einfache Art und Weise zusammengesteckt werden.
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In
einer Ausführungsform
erstreckt sich der Gleitring in axialer Richtung wenigstens bis
zu einer axialen Stirnfläche
des Dichtungsbalgs, in einer anderen Ausfühungsform deckt der Gleitring
die axiale Stirnfläche
des Dichtungsbalgs wenigstens teilweise ab. Diese Ausführungen
schützen
den Anlagebereich zwischen Dichtungsbalg und Zapfenaufnahme vor
Korrosion oder verhindern eine Berührung zwischen Dichtungsbalg
und Zapfenaufnahme komplett. Somit ist ein Festrosten des Dichtungsbalgs
an der Zapfenaufnahme nicht mehr möglich.
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Vorzugsweise
ist der Gleitring aus einem korrosionsfreien Werkstoff hergestellt.
Dies verhindert ein Festrosten des Gleitrings am Dichtungsbalg.
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Ferner
ist eine Baugruppe vorgesehen, mit einem Gelenkgehäuse, einem
Gelenkzapfen, der einen Kugelabschnitt und einen Zapfenabschnitt
umfaßt,
wobei der Kugelabschnitt dreh- und schwenkbar im Gelenkgehäuse gelagert
und der Zapfenabschnitt an einer Zapfenaufnahme festgelegt ist.
Der erfindungsgemäße Dichtungsbalg
ist zum Schutz des Bereichs zwischen Gelenkgehäuse und Gelenkzapfen vorgesehen.
In einer solchen Baugruppe weist der erfindungsgemäße Dichtungsbalg
große
Vorteile hinsichtlich der Dauerhaftigkeit des Schutzes zwischen Gelenkgehäuse und
Gelenkzapfen auf.
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In
einer solchen Baugruppe kann die Verbindung zwischen dem Gleitring
und dem Dichtungsbalg unlösbar
ausgeführt
sein. Damit wird die Rastverbindung zwischen Dichtungsbalg und Gleitring
nach dem Herstellen der Baugruppe zu einer besonders sicheren und
zuverlässigen
Verbindung.
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Am
Zapfenabschnitt des Gelenkzapfens kann eine Schürze vorgesehen sein, wobei
der Dichtungsbalg in axialer Richtung zwischen der Zapfenaufnahme
und der Schürze
festgelegt ist. Die Schürze
stellt eine einfache und kostengünstige
Möglichkeit
dar, den Dichtungsbalg in axialer Richtung zu fixieren und abzudichten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
und aus den beigefügten
Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1a einen
Schnitt durch einen Dichtungsbalg und einen Gleitring;
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1b einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Dichtungsbalg
mit montiertem Gleitring;
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2 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Baugruppe
mit einem Dichtungsbalg gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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3 einen
Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Baugruppe mit einem Dichtungsbalg gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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4 einen
Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Baugruppe mit einem Dichtungsbalg gemäß einer
dritten Ausführungsform;
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5 einen
Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Baugruppe mit einem Dichtungsbalg gemäß einer
vierten Ausführungsform;
und
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6 einen
Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Baugruppe mit einem Dichtungsbalg gemäß einer
fünften
Ausführungsform.
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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 befindet
sich im Umfangsbereich der unteren axialen Öffnung 12 eine schräg nach unten
gerichtete Dichtlippe 14, die im eingebauten Zustand eine
axiale Abdichtung sicherstellt. An einer oberen axialen Stirnfläche des
Dichtungsbalgs 8 befindet sich eine ringförmige Ausnehmung 16.
Im Querschnitt ist die Ausnehmung 16 nach Art eines Schlüssellochs
ausgebildet. Sie ist an der axialen Stirnfläche des Dichtungsbalgs 8 ein
zunächst
schmaler Schlitz, der sich nach unten in eine kreisrunde Form aufweitet.
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Oberhalb
des Dichtungsbalgs 8 ist in der 1a ferner
ein Gleitring 18 dargestellt, der aus einem korrosionsfreien
Werkstoff (z.B. Polyamid oder Polyoximethylen) besteht und vorzugsweise
als Formteil oder Drehteil hergestellt ist. Im Querschnitt umfaßt der Gleitring 18 einen
in der Ringebene liegenden flachen Abschnitt 20 und einen
Befestigungsabschnitt 22, der sich in axialer Richtung
senkrecht nach unten erstreckt. Der Abschnitt 20 kann an seiner
Oberseite ein für
die weitere Montage vorteilhaftes Anlageprofil aufweisen. Der Befestigungsabschnitt 22 ist
genau so geformt, daß er
mit den Konturen der Ausnehmung 16 übereinstimmt.
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Dieser
Befestigungsabschnitt 22 des Gleitrings 18 wird
auf die Ausnehmung 16 des Dichtungsbalgs 8 aufgesetzt
und axial nach unten gedrückt. Durch
die Materialelastizität
insbesondere des Dichtungsbalgs 8 weitet sich der schmale
schlitzförmige Spalt
der Ausnehmung 16 auf, so daß das verdickte Ende des Befestigungsabschnitts 22 axial
nach unten gleitet, bis es den aufgeweiteten Bereich der Ausnehmung 16 erreicht.
Der schmale Schlitz im oberen Bereich der Ausnehmung 16 bewegt
sich in seine Ausgangsstellung zurück, so daß sich eine Verrastung des
Gleitrings 18 mit dem Dichtungsbalg 8 ergibt.
Dies ist in der 1b zu sehen. Der Befestigungsabschnitt 22 ist
formschlüssig
mit der Ausnehmung 16 verbunden, wobei die Unterseite des
Abschnitts 20 die obere axiale Stirnfläche des Dichtungsbalgs 8 berührt und
diese komplett abdeckt.
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Die 2 zeigt
eine Baugruppe mit einem Gelenkgehäuse 24 und einem Gelenkzapfen 26,
der einen Kugelabschnitt 28 und einen Zapfenabschnitt 30 umfaßt, wobei
der Kugelabschnitt 28 dreh- und schwenkbar im Gelenkgehäuse 24 gelagert
und der Zapfenabschnitt 30 an einer Zapfenaufnahme 32 festgelegt
ist. Die vormontierte Baugruppe aus Dichtungsbalg 8 und
Gleitring 18 ist zum Schutz des Bereichs zwischen Gelenkgehäuse 24 und
Gelenkzapfen 26 vorgesehen.
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Nach
dem Zusammenbau des Kugelgelenks wird der Dichtungsbalg axial von
oben montiert. Das axial untere Ende des Dichtungsbalgs 8 wird
dabei zunächst
axial und radial dichtend am Gelenkgehäuse 24 befestigt.
Dies kann wie in 2 dargestellt durch einen Befestigungsring 34 geschehen.
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Die
obere axiale Öffnung 10 des
Dichtungsbalgs 8 gleitet bei der Montage des Dichtungsbalgs zunächst so
weit über
den Zapfenabschnitt 30 des Gelenkzapfens 26, bis
die Randprofilierung der oberen axialen Öffnung 10 an dem sich
nach unten konisch erweiternden Zapfenabschnitt 30 anliegt (2,
linke Seite).
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Die
Zapfenaufnahme ist im allgemeinen ein Karosserieteil, in das der
Gelenkzapfen 26 eingeführt wird,
so daß die
Zapfenaufnahme 32 in Anlage mit der Oberseite des Gleitrings 18 kommt
und diesen axial nach unten drückt.
In einer Endposition (2, rechte Seite) liegt die Zapfenaufnahme 32,
der Gleitring 18 und die obere axiale Öffnung 10 des Dichtungsbalgs 8 radial
am Zapfenabschnitt 30 an. Der Gleitring 18 ist
so ausgebildet, daß er
eine radiale Befestigung und/oder Abdichtung zum Gelenkzapfen 26 schafft,
so daß ein
zusätzlicher
Befestigungs- oder Spannring nicht mehr nötig ist. Die Zapfenaufnahme 32 wird
in dieser Position starr mit dem Zapfenabschnitt 30 verbunden.
In axialer Richtung ist der Dichtungsbalg 8 damit durch
die Zapfenaufnahme 32 und eine Schürze 36 festgelegt.
Die Schürze 36 ist
in einem Übergangsbereich
von Kugelabschnitt 28 und Zapfenabschnitt 30 am
Gelenkzapfen 26 angebracht. Die Schürze 36 ist vorzugsweise
ein Kunststoffteil, sie umgibt den Zapfenabschnitt 30 und
ist an ihrem oberen axialen Ende so aufgeweitet, daß sie ein
axiales Widerlager für
den Dichtungsbalg 8 bildet. Natürlich kann dieses Widerlager
auch als Nut oder Aufkantung am Zapfenabschnitt 30 des
Gelenkzapfens 26 ausgebildet sein.
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Infolge
der statischen Befestigung des Dichtungsbalgs 8 am Gelenkgehäuse 24 durch
den Befestigungsring 34 muß zwischen dem Dichtungsbalg 8 und
dem Gelenkzapfen 26 sowie zwischen dem Dichtungsbalg 8 und
der Zapfenaufnahme 32 eine Gleitfuge existieren, damit
eine axiale Verdrehung des Gelenkzapfens 26 relativ zum
Gelenkgehäuse 24 möglich ist.
Die radiale Gleitfuge zwischen dem Dichtungsbalg 8 und
dem Zapfenabschnitt 30 liegt so geschützt, daß ein Festrosten nicht möglich ist.
Die axiale Fuge zwischen Zapfenaufnahme 32 und dem Gleitring 18 des
Dichtungsbalgs 8 kann ebenfalls als Gleitfuge ausgebildet
sein. Die Zapfenaufnahme 32 ist allerdings nur selten aus
einem korrosionsfreien Werkstoff hergestellt und auch nicht immer
vor Korrosion geschützt.
Dadurch ist ein Festrosten zwischen der Zapfenaufnahme 32 und
dem Gleitring 18 möglich.
In diesem Fall ist jedoch zwischen dem Dichtungsbalg 8 und
dem Gleitring 18 eine zweite axiale Gleitfuge vorhanden.
Vorzugsweise sind sowohl der Dichtungsbalg 8 als auch der
Gleitring 18 aus korrosionsfreien Werkstoffen hergestellt
und an ihren Kontaktflächen
so beschaffen bzw. durch Gleitmittel so präpariert, daß sie eine sehr dauerhafte
Gleitfuge ausbilden.
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Die 3 bis 6 zeigen
im folgenden nur noch Teilschnitte der Baugruppe aus 2.
Sie unterscheiden sich lediglich durch die Ausführung des Dichtungsbalgs 8 und
des Gleitrings 18. Die Montage und Wirkungsweise der einzelnen
Bauteile ist gegenüber
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform unverändert. Im
folgenden wird nur auf die Unterschiede und Besonderheiten der weiteren
Ausführungsformen
eingegangen.
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In
der 3 ist der Gleitring 18 in seinem Querschnitt
als Winkel ausgeführt
und deckt nicht mehr die komplette obere axiale Stirnfläche des
Dichtungsbalgs 8 ab. Es entsteht eine Teilanlage des Dichtungsbalgs 8 an
der Zapfenaufnahme 32, wobei diese Anlagefläche radial
innerhalb der Fuge zwischen Gleitring 18 und Zapfenaufnahme 32 liegt.
Diese Fuge zwischen Gleitring 18 und Zapfenaufnahme 32 ist
im wesentlichen dicht, insbesondere wenn der Gleitring aus einem
dichtenden Material besteht, so daß die Anlagefläche zwischen
dem Dichtungsbalg 8 und der Zapfenaufnahme 32 vor
einer korrosiven Umgebung geschützt
und nicht korrosionsgefährdet ist.
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Der
Gleitring 18 aus 4 ist gegenüber dem
Gleitring aus 3 an seinem radial äußeren Ende
nach unten abgewinkelt ist, so daß ein Kragen entsteht. Durch
diese dritte Ausführungsform
gewinnt der Dichtungsbalg 8 im Bereich seiner oberen axialen Öffnung 10 an
Stabilität.
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Die 5 zeigt
eine vierte Ausführungsform des
Dichtungsbalgs 8, bei welcher der Gleitring 18 nicht
in axialer, sondern in radialer Richtung verrastet ist. Die Verrastung
des relativ formstabilen Gleitrings 18 mit dem Dichtungsbalg 8 erfolgt
so, daß der
elastische Dichtungsbalg 8 im Bereich seiner oberen axialen Öffnung 10 nach
innen verformt und dann radial nach außen auf den Befestigungsabschnitt 22 des Gleitrings 18 gedrückt wird.
In dieser Ausführungsform
hat der Dichtungsbalg 8 keinen Kontakt zur Zapfenaufnahme 32,
da die komplette obere Stirnfläche des
Dichtungsbalgs 8 vom Gleitring 18 abgedeckt wird.
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In
einer fünften
Ausführungsform
nach 6 ist der Gleitring 18, wie in 5 beschrieben,
radial mit dem Dichtungsbalg 8 verrastet. Der Gleitring 18 ist
hier jedoch so ausgeführt,
daß die
gesamte obere axiale Stirnfläche
des Dichtungsbalgs 8 an der Zapfenaufnahme 32 anliegt.
Allerdings erstreckt sich der Gleitring 18 in axialer Richtung
wenigstens bis zu dieser axialen Stirnfläche des Dichtungsbalgs 8 und kommt
in Kontakt mit der Zapfenaufnahme 32. Die Anlagefläche zwischen
Dichtungsbalg 8 und Zapfenaufnahme 32 ist damit
vor einer möglichen
korrosiven Umgebung geschützt,
da sie radial von der Kontaktfläche
zwischen Gleitring 18 und Zapfenaufnahme 32 umgeben
ist.