DE102007016172A1

DE102007016172A1 - Kugelhülsengelenk

Info

Publication number: DE102007016172A1
Application number: DE200710016172
Authority: DE
Inventors: Frank Nachbar; Jörg TUMOSEIT; Metin Prof. Dr. Ersoy; Karsten Ulrich Dr. Hachmann; Volker Grube; Manfred Heidemann; Helmut Noe
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: DE102007016172B4; WO2008119343A3; WO2008119343A2

Abstract

Kugelhülsengelenk (1), bestehend aus einer mit einer sphärischen Lagerfläche (3) versehenen im Wesentlichen zylindrischen Innenhülse (2), einer die Lagerfläche (3) mindestens teilweise umschließenden Lagerschale (4), welche in einer Ausnehmung eines Gelenkgehäuses (12) aufgenommen ist, und zwei zwischen Lagerschale (4) und der Außenseite der Innenhülse (2) an gegenüberliegenden Enden (6, 7) angeordneten, den Spalt zwischen Lagerschale (4) und darin aufgenommener Lagerfläche (3) abdichtenden biegsamen Dichtungsmanschetten, wobei erfindungsgemäß die beiden Dichtungsmanschetten als einstückiger Dichtungsbalg (5) mit einem Mittelelement (9) und zwei sich an gegenüberliegenden Seiten axial daran anschließenden Dichtungsmanschettenelementen (8, 10) ausgebildet sind und wobei das Mittelelement (9) die Lagerschale (4) an ihrem radialen Außenumfang überdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelhülsengelenk, bestehend aus einer an ihrer Außenseite mit einer sphärischen Lagerfläche versehenen, im Wesentlichen zylindrischen Innenhülse, einer die Lagerfläche mindestens teilweise umschließenden Lagerschale, welche in einer Ausnehmung eines Gelenkgehäuses aufgenommen ist, und zwei zwischen Lagerschale und der Außenseite der Innenhülse an gegenüber liegenden Enden angeordneten, den Spalt zwischen Lagerschale und darin aufgenommener Lagerfläche abdichtenden biegsamen Dichtungsmanschetten.
Kugelhülsengelenke der eingangs geschilderten gattungsgemäßen Art werden in vielen technischen Bereichen und insbesondere auch in der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzt, um Relativbewegungen zwischen Bauteilen wie beispielsweise Lenkungs- oder Radaufhängungselementen sowie benachbarten karosseriefesten Punkten zu ermöglichen. Dabei ist das bewegliche Teil der Lenkung oder der Radaufhängung an der Innenhülse des Kugelhülsengelenkes befestigt, wohingegen das die Kugelhülse umgebende Gehäuse an karosserieseitigen Punkten festgelegt ist oder umgekehrt.
Derartige Kugelhülsen sind je nach Einbaulage gegebenenfalls erhöhten negativen Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Schmutz und Feuchtigkeit, ausgesetzt. Diese Umwelteinflüsse können, sofern Schmutz- oder Feuchtigkeitspartikel zwischen der sphärischen Lagerfläche der Innenhülse und der die Lagerfläche umgebenden Lagerschale eindringen, zu Schädigungen, erhöhtem Verschleiß bis hin zum Totalausfall des betreffenden Gelenkes führen.
Die Aufgabe, eine Dichtung des Spaltes zwischen Lagerschale und darin aufgenommener Lagerfläche vorzunehmen, wird im Stand der Technik auf unterschiedliche Weise gelöst.
Bei Kugelhülsengelenken hat es sich dabei prinzipiell bewährt, die bei einem Kugelhülsengelenk an den gegenüber liegenden Seiten der zentralen Lagerschale angeordneten Dichtungsmanschetten an ihrer Anlagefläche am zylindrischen Teil der Kugelhülse mittels elastischen Federringen oder dergleichen festzulegen. Eine derartige Abdichtung kann darüber hinaus auch für die weitere Verbindung Lagerschale/Dichtungsmanschette gewählt werden.
Darüber hinaus sind aus Bereichen der gattungsfremden Kugellagertechnik Lösungen bekannt geworden, bei denen die Lagerschale aus Kunststoff für ein Kugelgelenk mit einer in einem Kugelhohlraum des Kugelgelenkes beweglich gelagerten Kugel eines Kugelzapfens sowie mit einer zwischen dem Kugelgelenkgehäuse und einem mit der Kugel versehenen Kugelzapfen vorgesehenen Manschette mit dieser Manschette als einteiliges Blas- oder Spritzblasteil ausgebildet ist, welches die verschiedenen Lagerteile, insbesondere die Kugel oder den Kugelzapfen, sack- oder kassettenförmig umgibt.
Für leicht belastete Kugelgelenke mag ein derartiger Aufbau eine ausreichende Lebensdauererwartung besitzen, für die hier in Rede stehenden Kugelhülsengelenke sind jedoch in aller Regel hohe Tragfähigkeiten erforderlich, die bislang eine Zweiteiligkeit der Dichtungsmanschetten, die an den gegenüber liegenden Seiten der Lagerschale angeordnet sind, als zwingend geboten erscheinen ließen. Nur auf diese Weise konnte bislang das Material der Lagerschale den speziellen Tragfähigkeitsanforderungen angepasst werden, wobei gleichzeitig die Dichtungsmanschetten eine entsprechende Materialflexibilität aufweisen konnten, um eventuell bei größeren Auslenkungen der Innenhülse gegenüber dem Gelenkgehäuse auftretende Rückstellkräfte klein zu halten.
Da auf Grund der speziellen Erfordernisse bei Kugelhülsengelenken eine Übertragung technischer Lehren von Kugelgelenken nicht ohne Weiteres möglich ist, und darüber hinaus entsprechende Lösungen signifikante praktische Mängel aufweisen, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Kugelhülsengelenk der eingangs geschilderten gattungsgemäßen Art so weiter zu entwickeln, dass zum einen die Dichtungswirkung im Anbindungsbereich von Lagerschale und Dichtungsmanschette weiter verbessert wird und darüber hinaus Kosteneinsparungen sowohl bei der Herstellung des Kugelhülsengelenkes als auch bei dessen Montage erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Zusammenschau mit den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruches 1 durch die im kennzeichnenden Teil offenbarte technische Lehre gelöst.
Erfindungswesentlich dabei ist es, dass die beiden Dichtungsmanschetten als einstückiger Dichtungsbalg mit einem Mittelelement und zwei sich an gegenüber liegenden Seiten axial daran anschließenden Dichtungsmanschettenelementen ausgebildet sind, wobei das Mittelelement die Lagerschale an ihrem radialen Außenumfang überdeckt.
Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung werden zum einen die zwischen Lagerschale und Dichtungsmanschetten bestehenden Spalten eliminiert, die trotz sorgfältiger konstruktiver Gestaltung ein Eindringen von Verschmutzungen und Feuchtigkeit nicht gänzlich ausschließen konnten.
Darüber hinaus bietet das zwischen Lagerschale und Gelenkgehäuse angeordnete Mittelelement zusätzliche Dämpfungseigenschaften in axialer und radialer Kraftrichtung. Die Kugelschale kann dabei weiterhin als separates Bauteil optimal an bestehende Lastverhältnisse angepasst werden. Zusätzlich vereinfacht die erfindungsgemäße Gestaltung die Gesamtmontage des Kugelhülsengelenkes dahingehend, dass insgesamt weniger Bauteile zusammengefügt werden müssen, wobei zusätzlich von Vorteil ist, dass auch die Vorratshaltung für die nunmehr überzähligen Bauteile entfällt.
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kugelhülsengelenkes ergeben sich zusätzlich mit der technischen Lehre des Anspruches 1 durch die auf den Hauptanspruch rückbezogenen Unteransprüche.
Es hat sich insbesondere als zweckmäßig erwiesen, dass der Dichtungsbalg an seinem Außenumfang eine umlaufende Aufnahmenut für das Gelenkgehäuse aufweist. Die Aufnahmenut ist dabei im Wesentlichen U-förmig ausgeführt und kann insbesondere bei Kugelhülsengelenken, bei denen die Belastungen in axialer Richtung eher niedriger einzustufen sind, eine zusätzliche Reduzierung der zu montierenden Bauelemente bewirken.
Um den Montageprozess darüber hinaus zusätzlich zu vereinfachen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zusätzlich vor, dass die Lagerschale an der Innenseite des Dichtungsbalges an diesen angespritzt ist. Dichtungsbalg und Lagerschale bilden damit eine Montageeinheit, so dass weitergehende Befestigungsschritte zwischen Lagerschale und Dichtungsbalg entfallen können.
Alternativ dazu kann der Dichtungsbalg an seiner Innenseite eine Aufnahmenut aufweisen, in die die korrespondierend ausgeformte Außenseite der Lagerschale eingesetzt ist. Auf diese Weise ist eine axiale Festlegung der Lagerschale innerhalb des Kugelgelenkgehäuses unter Zwischenschaltung des Dichtungsbalges möglich.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Kugelhülsengelenk in Querschnittsdarstellung.
Das in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnete Kugelhülsengelenk weist als wesentliche Bauelemente eine mit einer sphärischen Lagerfläche 3 an ihrer Außenseite versehene, im Wesentlichen zylindrische Innenhülse 2 auf, wobei die Lagerfläche 3 von einer im Wesentlichen ringförmigen Lagerschale 4 umgeben ist, die an ihrer Innenkontur der sphärischen Ausformung der Lagerfläche 3 angepasst ist. Da zur Erzielung ausreichender Lebensdauer der Spalt zwischen der Lagerfläche 3 und der Lagerschale 4 unter allen Umständen von Verunreinigungen und Feuchtigkeit geschützt werden muss, besitzt das erfindungsgemäße Kugelhülsengelenk 1 einen Dichtungsbalg 5, dessen gegenüber liegende freie Enden 6 und 7 an korrespondierenden Anlageflächen an der Außenkontur der Innenhülse 2 festgelegt sind. Um in diesem Bereich eine ausreichende Abdichtung zu erzielen, sind die freien Enden 6 und 7 in an sich bekannter Weise mittels Federringen an die Außenflächen der Innenhülse 2 angepresst.
Der Dichtungsbalg 5 besteht prinzipiell aus drei Teilen, einem entsprechend der Figur oberen Dichtungsmanschettenelement 8, einem sich daran anschließenden in axialer Richtung anschließenden Mittelelement 9 sowie einem sich an das Mittelelement 9 wiederum in axialer Richtung anschließenden unteren Dichtungsmanschettenelement 10. Der Dichtungsbalg 5 ist somit so ausgestaltet, dass er ausgehend vom oberen freien Ende 6 des Dichtungsbalges 5 über die gesamte Außenkontur des Kugelhülsengelenkes 1 dieses bis zum unteren freien Ende 7 des Dichtungsbalges 5 abdichtet. Sämtliche bislang üblichen Spalten zwischen Lagerschale 4 und den separaten Dichtungsmanschetten entfallen somit.
Der Figur ist darüber hinaus zu entnehmen, dass das Mittelelement 9 des Dichtungsbalges 5 an seiner Außenseite eine U-förmige umlaufende Aufnahmenut 11 für ein dort angeordnetes Gelenkgehäuse 12 aufweist.
An der inneren Oberfläche des Mittelelementes 9 befindet sich darüber hinaus eine ähnlich der Aufnahmenut 11 gestaltete Aufnahmenut 13, in die die Lagerschale 4 aufgenommen ist. Durch diese spezielle Gestaltung des Mittelelementes 9 des Dichtungsbalges 5 ist sowohl die Lagerschale 4 als auch das Gelenkgehäuse 12 in seiner axialen Position fixiert. Eine andere Befestigungsmöglichkeit kann natürlich darin bestehen, die Lagerschale an der Innenseite des Dichtungsbalges 5 im Bereich des Mittelelementes 9 an diesem anzuspritzen.
Aus der Figur ist darüber hinaus ersichtlich, dass die jeweiligen Dichtungsmanschettenelemente 8 und 10 in axialer Richtung im Querschnitt im Wesentlichen W-förmig ausgebildet sind. Durch diese Ausgestaltung lässt sich ein Längenausgleich erzielen, sofern das Kugelhülsengelenk 1 mit in ihrer Länge unterschiedlichen Innenhülsen 2 versehen werden sollte. Auf diese Weise lässt sich die Bauteilevielfalt deutlich reduzieren.

1: Kugelhülsengelenk
2: Innenhülse
3: Lagerfläche
4: Lagerschale
5: Dichtungsbalg
6: Ende
7: Ende
8: Dichtungsmanschettenelement
9: Mittelelement
10: Dichtungsmanschettenelement
11: Aufnahmenut
12: Gelenkgehäuse
13: Aufnahmenut

Claims

Kugelhülsengelenk, bestehend aus einer mit einer sphärischen Lagerfläche versehenen im Wesentlichen zylindrischen Innenhülse, einer die Lagerfläche mindestens teilweise umschließenden Lagerschale, welche in einer Ausnehmung eines Gelenkgehäuses aufgenommen ist und zwei zwischen Lagerschale und der Außenseite der Innenhülse an gegenüber liegenden Enden angeordneten, den Spalt zwischen Lagerschale und darin aufgenommener Lagerfläche abdichtenden biegsamen Dichtungsmanschetten, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtungsmanschetten als einstückiger Dichtungsbalg (5) mit einem Mittelelement (9) und zwei sich an gegenüber liegenden Seiten axial daran anschließenden Dichtungsmanschettenelementen (8, 10) ausgebildet sind, wobei das Mittelelement (9) die Lagerschale (4) an ihrem radialen Außenumfang überdeckt.
Kugelhülsengelenk, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsbalg (5) an seinem Außenumfang eine umlaufende Aufnahmenut (11) für das Gelenkgehäuse (12) aufweist.
Kugelhülsengelenk, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (4) an der Innenseite des Dichtungsbalges (5) an diesen angespritzt ist.
Kugelhülsengelenk, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsbalg (5) an seiner Innenseite eine Aufnahmenut (11, 13) aufweist, in die die korrespondierende ausgeformte Außenseite der Lagerschale (4) eingesetzt ist.