CN101027497A - 具有密封匣的球形万向节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有密封匣(4)的球形万向节，其中该密封匣(4)在球形枢轴(3)的柄杆区(7)中通过环绕的封闭带(11)顶靠在球形枢轴(3)的表面(17)上。按照本发明的球形万向节的特征是，在球形枢轴(3)的颈区(8)中设置一个在枢轴轴向方向上弹性的部件(14)，它由压簧构成。该压簧通过一端支承在颈区(8)与球形枢轴(3)的球体(9)之间的过渡部位并且通过另一端直接或间接地支承在密封匣(4)的枢轴侧封闭带(11)上。通过本发明实现一种球形万向节，其中即使在极端气候条件下、或者在异常的机械负荷时例如在以高压清洁器的水射束加载时也持久且可靠地抑制球形枢轴颈部上的密封匣滑落。此外改善密封匣的枢轴侧密封以及改善结构上的支配性和尺寸。

Description

具有密封匣的球形万向节

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的具有密封匣的球形万向节。

背景技术

上述形式的球形万向节例如用于汽车的行走机构或车轮悬挂，但是不仅仅局限于此。

例如由US2,397,464公开了一种所述的球形万向节。这种球形万向节具有万向节壳，其中在万向节壳内室中装进一个用于滑动地容纳设置在球形枢轴上的万向球结构的轴承壳。该球形枢轴以常见的方式与连接部件、例如与汽车上的转向杆的杠杆圈连接或者说螺栓连接。

为了避免湿气和/或污物进入到球形万向节的轴承部位里面，这种已知的球形万向节具有一个由弹性体材料制成的密封匣，它具有两个环形环绕的连接带。通过两个连接带中的一个连接带使密封匣以常见的方式与万向节壳的边缘连接。另一连接带同样以常见的方式顶靠在球形枢轴的颈部或柄杆上。

对于传统的球形万向节，密封匣在顶靠在球形枢轴上的连接带处下沉或者说离开其在球形枢轴上的规定的支座并且移动到万向节外壳上。但是不再保证密封匣和球形万向节正常的功能。尤其是不再能够正确配合地使密封匣夹紧在万向节外壳的边缘与球形枢轴或者说杠杆圈之间，并且有损功能。因为密封匣的连接带不再位于其确定的支座上，并且此外因为密封匣例如不再顶靠在杠杆圈上，由此有损密封匣的密封作用，并且首先导致在外露的球形枢轴杆部位的腐蚀并接着导致密封匣与球形枢轴之间的不密封性。

由于由此使水份和污物进入到球形万向节的铰接部位最终导致增加的轴承间隙、由腐蚀引起的沉重性直到球形万向节失效。

按照上述文献US2,397464的技术方案试图阻止密封匣的顶靠在杠杆圈上的或者说轴颈侧连接带的下沉问题，方法是在密封匣内部设置一个螺旋压簧。该螺旋压簧以一个端部支承在万向节外壳的边缘上，其中螺旋压簧的另一端使相关的密封匣连接带离开万向节外壳朝杠杆圈的方向挤压。

但是首先压簧在密封匣的连接带与万向节外壳的边缘之间的布置不是最佳的。因为由于这种布置强迫压簧跟随球形万向节的整个偏转运动，其中仅仅在球形万向节的中性位置保证压簧环绕均匀地顶压在密封匣的连接带上。在球形万向节的所有其它角位上压簧的顶压力在连接带圆周的一侧上增加，而顶压力在连接带相应对置一侧上减小，这仍然可能对密封匣的正确固定和密封性产生不利影响。

尤其是由于压簧在密封匣连接带上的顶压力大小的不一致和变化对于上述文献还必需使密封匣本身的相应边缘通过环绕的金属套遮盖和保护。这一点一方面是费事和昂贵的，另一方面也有损密封匣与球形枢轴之间的密封作用。

该压簧由于其一个端部在万向节外壳上的布置每当球形万向节运动时也施加动态负荷，这在压簧的耐久性设计时必需要考虑，并且导致相应较大尺寸的压簧或者由于对于压簧必需使用高值材料而导致相应地成本增加。最后这样设置的压簧也明显对球形万向节的最大可能角度偏移产生不利影响。因为当压簧单侧顶压在部件上时，不能实现万向节外壳相对于球形枢轴在相应偏转方向上的继续角度运动。

发明内容

因此基于现有技术，本发明的任务是提供一种具有密封匣的球形万向节，通过它能够克服现有技术的上述缺陷。尤其是能够使球形万向节以经济地加工的同时即使在极端的气候条件下尤其防止失效。在此能够以简单但是有效的方式持久地防止密封匣下沉并由此持久地保证密封匣在球形枢轴处的密封性。

这个任务通过具有权利要求1特征的球形万向节得以实现。

优选的实施方式是从属权利要求的主题。

按照本发明的球形万向节包括密封匣和具有轴承壳的万向节外壳，其中在万向节外壳或在轴承壳中可以滑动地容纳球形枢轴的万向球。该球形万向节的球形枢轴具有柄杆区、颈区和球体，并且密封匣通过环绕的封闭带在球形枢轴的柄杆区顶靠在球形枢轴的表面上。

按照本发明的球形万向节的特征是，在密封匣内部设置一个在预紧力下以球形枢轴上的第一贴靠面和第二贴靠面直接或间接地支撑在密封匣的封闭带上的、在轴颈轴向方向上弹性的部件。

换言之，这意味着，按照本发明存在一个弹性部件，它可以是压簧，但是它尤其不象现有技术那样支撑在万向节外壳的边缘上。而是按照本发明使整个压簧直接设置在球形枢轴上并且支撑在球形枢轴上。

由此实现一系列优点。首先通过这种方式完全避免压簧的动态负荷。更确切地说该压簧由于本发明仅仅静态预紧。通过本发明同样克服在密封匣连接带处对于不同的球形万向节角位置压簧顶压力的不均匀分布。使压簧在密封匣的连接带上的顶压力在球形万向节的所有运行条件下保持相同大小以及均匀地分布在连接带的整个圆周上。这一点以有利的方式有助于密封匣的密封性并由此有利于球形万向节的使用寿命。

此外由于本发明能够使密封匣与压簧的弹性协调在结构上已经精确地这样确定，使得球形万向节的最佳机械特性伴随密封匣相应的最佳密封特性。尤其是可以确定(dezidiert)密封匣的轴向下沉或者随着时间减小密封匣端面在杠杆圈上的顶压力，它们源于各种外部或物理的影响如万向节的角度偏移、老化、松弛、温度变化、高压清洁器等并且通过相应地设计压簧尺寸在结构上精确地抵消。

此外因为由于按照本发明的压簧，一种可以准确定义的、恒定的且基本均匀的顶压力使球形枢轴的枢轴侧连接带在枢轴轴向方向上顶压在杠杆圈上，一方面可以在结构上更好的控制和设计密封匣的枢轴侧密封。另一方面通过这种方式尤其可以使密封匣枢轴侧的封闭带的轴向端面确定地用于密封任务。因此为了在密封匣与球形枢轴之间的枢轴侧密封除了枢轴侧封闭带径向支承在球形枢轴的柄杆上以外也还正好使用这个封闭带的轴向端面。

这两个密封面、即枢轴侧封闭带在杠杆圈上的轴向支承和枢轴侧封闭带在球形枢轴上的径向支承能够共同在密封匣与球形枢轴之间实现明显改善的密封。如果对于球形万向节密封的这个部位由于在这里所需的在密封匣与球形枢轴之间的相对旋转运动性涉及密封的特别重要的部位时，改善的密封尤其是更加有效的。

此外由于按照本发明设置的压簧对于密封匣的外壳面只还保留实质的确定的任务，即两个密封匣支座面在万向节外壳上和在球形枢轴柄杆上的持久密封且弹性的连接。没有按照本发明设置的压簧对于大多数由现有技术已知的球形万向节必需使用于保持密封匣形状和连接带位置所需的轴向力通过相应的密封匣外壳面形状由密封匣本身施加。这也是在现有技术中密封匣一般具有球茎形状的原因。对于这个球茎形状以相对较大的密封匣外径得到相当短的外壳长度。

但是这个特性能够最佳化，如果对于密封匣省去施加轴向力的任务。密封匣的外壳面可以在结构上更自由地构成。例如可以使用趋于圆柱形的外壳形状，其中密封匣或者以相同的外径具有较大的长度，或者对于相同的长度具有较小的外径。通过这种方式可以使密封匣的造型更好地适配于各种环境条件和结构上的要求，例如角度偏移或万向节结构空间。

此外由于省去施加轴向力的任务与常见的密封匣相比可以减小密封匣外壳面的厚度。与此相关地更少材料消耗不仅节省资源和降低成本。而且通过这种方式也可以减少在万向节角度运动时在密封匣枢轴侧连接带上产生的径向拉力。由此也能够减少目前在现有技术中经常出现的作用于密封匣与球形枢轴之间的径向密封面上的作用力的强烈波动或者说与角度运动去耦联，这也对密封并由此对整个万向节的使用寿命具有积极影响。

按照本发明的压簧布置的另一优点是，现有的球形万向节实际上可以无需使其各结构部件改型地以按照本发明的结构形式改装。为此对于现有的球形万向节仅仅使附加的压簧以按照本发明的方式设置在球形枢轴上。

根据本发明的构思可以提出改进方案，在球形枢轴的颈区设置在枢轴轴向方向上弹性的压簧。该压簧以有利的方式在其两个端部处具有两个基本上圆环形的贴靠面，其中压簧例如可以通过第一贴靠面支撑在球面轴颈的颈区与球体之间的过渡部位里面。通过第二贴靠面直接或间接地支撑在密封匣封闭带上是有意义的。

在此对于实现本发明不重要的是，如何构成压簧和由什么材料制成压簧，只要该压簧能够将确定的长期恒定的力施加在密封匣枢轴侧的封闭带上。因此例如也可以设想基本空心圆柱形的或者空心锥形的由弹性聚合物材料制成的压簧。但是按照本发明的特别优选的实施方式该压簧是钢制压簧。

钢制压簧可以经济地以不同的特性、尤其是以可以精确分开的弹性常数制成。钢制压簧还具有长期实际上不产生松弛的优点，因此至少密封匣轴向密封面的结构上特有的顶压力和相关的密封性在球形万向节的整个使用寿命上保持恒定。

本发明也与下列因素无关，压簧在哪里准确地通过其球体侧的贴靠面支撑在球形枢轴上，只要支撑按照本发明在球形枢轴上实现而不是象在现有技术中那样在万向节外壳上实现。因此例如可以这样调整，使压簧支承在环形环绕的带上，它设置在球形枢轴的颈区。但是按照本发明的优选实施方式压簧直接支撑在球形枢轴的万向球上，更确切地说直接支撑在球形枢轴的颈区与球体之间的过渡部分上。直接支撑在球体上不仅可以特别可靠而且可以结构上特别简单地实现，因为通过这种方式在球形枢轴上无需任何变化。

按照本发明的另一实施方式在压簧的枢轴侧第二贴靠面与密封匣封闭带之间设置一个环部件。在此特别优选使环部件由具有小摩擦系数的韧弹性材料、例如热塑的聚氨酯制成。当球形万向节处于经常的或者说持久的旋转角度运动时，这种环部件尤其是有利的。在这种情况下不仅在密封匣的枢轴侧连接带与球形枢轴之间而且在压簧枢轴侧贴靠面与密封匣枢轴侧连接带之间都可能产生永久的滑动运动。

这种滑动运动可以根据压簧枢轴侧贴靠面的特征持久地导致在密封匣内侧上的相应对应面的损伤。但是这种损伤能够通过简单且有利的方式通过上述环部件避免。此外还可以进一步改进球形万向节的灵活性和密封匣枢轴侧连接带与球形枢轴之间的小摩擦性。

按照本发明一种作为替代方案实施方式，使压簧的枢轴侧第二贴靠面直接顶靠在密封匣的封闭带上。这种实施方式以持续的有效性尤其由于可想到的最简单的结构并由此也由于特别微少的加工成本而与众不同。在这种情况下例如可以由此预防密封匣相应贴靠面的可能磨损，使压簧的贴靠面相应光滑地构成，或者也可以使在密封匣枢轴侧封闭带处可能本来就存在的密封匣的硫化金属加强体一起用于压簧的贴靠面。

按照本发明的另一实施方式，在密封匣枢轴侧封闭带处、和/或在密封匣在万向节外壳上的支承部位处不存在夹紧环。在此尤其强调在枢轴侧封闭带处没有夹紧环的实施方式。这种实施方式具有许多优点。例如通过去掉夹紧环首先不仅节省加工成本而且节省装配成本。此外也完全避免在装配夹紧环时错误装配和损伤密封匣的危险，由此在现有技术中还经常引起球形万向节报废。

所述球形万向节按照本发明具有上述的压簧，通过它使密封匣枢轴侧封闭带的轴向端面顶压在例如杠杆圈处的相应对应表面上。由此能够如上所述在球形枢轴和密封匣的透穿区实现附加的有效的轴向密封，它使密封匣与球形枢轴之间的径向密封卸载。这一点以有利的方式也有助于通过本发明给出的尤其省去枢轴侧夹紧环的方案。

与此相关也有利的是，如同按照本发明另一实施方式规定的那样，所述密封匣的枢轴侧封闭带的轴向端面具有结构密封面，该密封面尤其具有确定的密封几何形状如密封迷宫或者说一个或多个密封唇。由此进一步改善在杠杆圈处的表面与密封匣轴向端面之间的轴向支承的密封效果并且还可以在结构上可支配或有针对性地施加影响。

附图说明

下面借助于附图所示的实施例描述本发明。附图中：

图1示出按照本发明的具有密封匣的球形万向节的第一实施例的截面侧视图，

图2示出按照图1的球形万向节密封匣部位应于图1的放大图，

图3示出按照本发明的球形万向节的另一实施例对应于图2的视图，

图4示出按照本发明的球形万向节的第三实施例对应于图2和3的视图，

图5示出按照本发明的球形万向节的第四实施例对应于图2至4的视图，

图6示出按照本发明的球形万向节的第五实施例对应于图1的视图。

具体实施方式

图1示出按照本发明的球形万向节的第一实施例。首先可以看到球形万向节的主要组成部件，即万向节外壳1与设置在其中的轴承壳2以及球形枢轴3和密封匣4。在球形枢轴3的参考附图的上部，该球形枢轴3例如与推杆6的杠杆圈5或类似部件螺纹连接。但是对于位置6也可以是行走机构结构部件如横导向杆或者是轴向结构部件如旋转轴承、车轮支架或类似部件。该球形枢轴3由柄杆区7、颈区8和球体9组成。

还可以看到，所述密封匣4具有两个连接带10，11，它们构成密封匣4在万向节外壳1处或者说在球形枢轴3的柄杆区7处的连接。在所示的实施例中两个连接带10，11分别具有夹紧环12，13，它支持密封匣4的弹性并且负责使连接带10，11可靠地定位于万向节外壳1或球形枢轴3上。

最后由图1也看出按照本发明的压簧，它在所示实施例中以略微锥形螺旋压簧14的形式呈现。该螺旋压簧14以其参考附图的下部的贴靠面或者说以其下端部直接支撑在球形枢轴3的颈区8与球体9之间的过渡部位中。通过其参考附图的上部的贴靠面或者说其上端部使该螺旋压簧14顶压环部件15，它使螺旋压簧14的顶压力传递到密封匣4的参考附图的上部的连接带11。此外，该环部件15保护密封匣4的连接带11在球形枢轴3或者说螺旋压簧14与密封匣4之间相对旋转运动时免受由于螺旋压簧14的参考附图的上端部所引起的损伤。

由于螺旋压簧14的顶压作用持久且以结构上可精确确定的可靠性避免密封匣4上连接带11下沉。在此完全位于球形万向节内部的螺旋压簧14已经最佳地受到保护，并且由此无需防止腐蚀的表面处理，这也节省成本。

在图2中示出按照图1的球形万向节截面图的一个放大的截取部分。除了可以看到一部分球形枢轴3以外尤其可以看到通过两个夹紧环12，13固定的密封匣4以及螺旋压簧14和环部件15。借助于图2的视图也可以看到，螺旋压簧14的顶压力在密封匣4的参考附图的上部轴向端面16处负责使轴颈侧的连接带11附加有效地相对于推杆6在杠杆圈5处密封。通过这种方式支持连接带11与球形枢轴3的柄杆区7之间的径向密封17并进行卸载。

现在观察图3，可以看出，由于通过螺旋压簧14确保的顶压力正好在16处施加在密封匣4的轴颈侧的连接带11上是更有利的，因为以节省成本的方式尤其可以省去枢轴侧的夹紧环13(参见图2)。因为由于顶压力密封匣4的轴向贴靠面16已经在推杆6的表面上形成确定的密封，它有效地支持连接带11在球形枢轴3柄杆37上的径向密封17。由此也可以省去相应的夹紧环13，由此与没有按照本发明的压簧14的球形万向节相比不会限制在16，17处的密封效果。

对于按照图3的实施方式除了枢轴侧的夹紧环13(参见图2)以外也省去外壳侧的夹紧环12(参见图2)。其任务在按照图3的实施方式中由在外壳侧连接带10中硫化的环形环绕的金属套18承担。该金属套18负责使外壳侧的连接带10确定且持久可靠地固定定位在万向节外壳1上。

在图4中示出另一在按照本发明的压簧布置形式方面进一步简化的实施方式。可以看到，在按照图4的实施方式中还去掉环部件15(参见图3)。由此减少用于实现本发明所需的在球形万向节上附加安装螺旋压簧14的变化。在此可能已经存在的在枢轴侧连接带11中硫化的金属套19可以完全替换省去的环部件15的功能，方法是使螺旋压簧14顶靠在硫化的金属套10上。通过这种方式可靠地避免由于球形枢轴3或者说螺旋压簧14与密封匣4之间的相对旋转运动造成的枢轴侧连接带11的损伤或磨损。

图5示出按照本发明的球形万向节的另一实施方式。按照图5的实施方式紧密地依赖于按照图2的实施方式，并且与其不同主要在于具有L形横截面的套圈20。例如由防腐蚀特种钢制成的套圈20设置在密封匣4的枢轴侧密封带11与在球形枢轴3的柄杆区7中或在杠杆圈5上的端面16中的轴承表面17之间。该套圈20的任务是精确且由此灵活地导引密封匣的枢轴侧连接带。尤其是对于具有特别经常或持久的旋转角度运动的球形万向节由于套圈20防止枢轴侧连接带在球形枢轴柄杆17上或在连接部件6上的16处潜在磨损性磨刷。在这里按照本发明设置的压簧14也负责使套圈20持久确定地轴向支承在相应的支座上，在这里是连接部件6上，例如杠杆圈上。

最后图6示出按照本发明的具有密封匣和压簧14的球形万向节的另一实施方式。可以看到，按照图6的球形万向节与按照图1的球形万向节的差别尤其是，按照图6的球形万向节一方面具有折叠匣21并且另一方面具有两体的球形枢轴3。该两体的球形枢轴3由枢轴部件22和球体部件23组成，它们相互压紧。但是对于折叠匣21和/或对于具有两体球形枢轴3的球形万向节本发明正好可以特别有利的应用。

因为折叠匣21一方面由于在特别微小的复位力时的特别高的柔韧性、但是另一方面也由于特别微小的轴向力而与众不同。因此需要使折叠匣21的枢轴侧连接带11特别有效且仔细地防止在球形枢轴3的柄杆7或颈部8中的不期望的轴向下沉。这一点按照现有技术大多以这种形状出现，使折叠匣21的枢轴侧连接带11轴向在两侧通过在球形枢轴3的柄杆区7中在11处车削出来的槽中导引。

但是不仅加工枢轴槽而且使连接带11装配在槽里面都是费事的，引起附加的成本并且对于制造是潜在的误差源。但是由于通过本发明实现的持久且精确设计尺寸的折叠匣21枢轴侧连接带11的轴向支承可以通过简单的轴向止挡或轴肩24替换目前所需的枢轴槽。该轴向轴肩24与压簧14的功能一起完全承担目前所需的枢轴槽的任务。

这一点尤其对于在图6中示出的具有两体的球形枢轴3，22，23的球形万向节是有利的。因为由于通过轴向轴肩24与压簧14的共同作用替换目前使用的切削加工的枢轴槽可以完整一体地非切屑制成球形枢轴3的枢轴部件22，这不仅节省加工成本而且改进球形枢轴3的质量和承载性。

因此其结果显然是，由于本发明可以通过特别有利的、简单且节省成本的方式改善球形万向节的可靠性和失效安全性。在此由于本发明即使在极端的气候条件下或者对于异常的负荷、例如在以高压清洁器的水射束加载时持久地防止密封匣本身的下沉。

因此本发明的主要贡献是改善球形万向节的维护性、使用寿命、灵活性和安全性，尤其是在汽车上高要求使用的时候。

附图标记列表

1  万向节外壳

2  轴承壳

3  球形枢轴

4  密封匣

5  杠杆圈或连接部件

6  推杆

7   柄杆区

8   颈区

9   球体

10  外壳侧连接带

11  枢轴侧连接带

12  外壳侧夹紧环

13  枢轴侧夹紧环

14  螺旋压簧

15  环部件

16  端面

17  径向密封面

18  金属套

19  金属套

20  套圈

21  折叠匣

22  枢轴部件

23  球体部件

24  轴向轴肩

Claims (11)

1.具有密封匣(4)的球形万向节，该球形万向节包括一具有轴承壳(2)的万向节外壳(1)，在该轴承壳中可以滑动地容纳一球形枢轴(3)的万向球(9)，该球形枢轴(3)具有一柄杆区(7)、一颈区(8)和一球体(9)，其中密封匣(4)具有一环绕的封闭带(11)，它直接或间接地顶靠在球形枢轴(3)的柄杆区(7)中，其特征在于，在所述密封匣(4)内部设置一在预紧力下通过一第一贴靠面支撑在球形枢轴(3)上、并通过一第二贴靠面直接或间接地支撑在密封匣(4)的封闭带(11)上的、在枢轴轴向方向上弹性的部件(14)。

2.如权利要求1所述的球形万向节，其特征在于，所述部件(14)是一种压簧。

3.如权利要求2所述的球形万向节，其特征在于，所述压簧(14)是一种钢制螺旋压簧(14)。

4.如上述权利要求中任一项所述的球形万向节，其特征在于，所述部件(14)在其两个端部中的一个端部处分别具有一圆环形的贴靠面。

5.如上述权利要求中任一项所述的球形万向节，其特征在于，所述部件(14)通过其贴靠面中的一个贴靠面顶靠在颈区(8)与球体(9)之间的过渡部位里面、或者直接顶靠在球形枢轴(3)的球体(9)上。

6.如上述权利要求中任一项所述的球形万向节，其特征在于，所述密封匣(4)通过环绕的封闭带(11)顶靠在球形枢轴(3)的表面(17)上。

7.如上述权利要求中任一项所述的球形万向节，其特征在于，在所述部件(14)的第二贴靠面与密封匣(4)的封闭带(11)之间设置一环部件(15)。

8.如权利要求8所述的球形万向节，其特征在于，所述环部件(15)由一种具有小摩擦系数的韧弹性材料、例如热塑性聚氨酯制成。

9.如权利要求1至7中任一项所述的球形万向节，其特征在于，所述部件(14)的第二贴靠面直接顶靠在密封匣(4)的封闭带(11)上。

10.如上述权利要求中任一项所述的球形万向节，其特征在于，在密封匣(4)的封闭带(11)在球形枢轴柄杆(7)上的部位处和/或在密封匣(4)在万向节外壳(1)上的支承部位处存在一夹紧环(12，13)。

11.如上述权利要求中任一项所述的球形万向节，其特征在于，所述密封匣(4)的枢轴侧封闭带(11)的端面(16)具有一密封面(16)。

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