DE10124295C2 - Kugelgelenk - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Kugelgelenke sind in unterschiedlichster Ausgestaltung aus dem Stand der Technik
bekannt. Da bei Kugelgelenken eine Relativbewegung zwischen Gehäuse und
Lagerzapfen stattfinden kann, muss die Abdichtung der innerhalb des Gehäuses
gebildeten Lagerpaarung aus Kugelfläche des Lagerzapfens und einer
korrespondierenden Lagerpfanne dynamisch sein. Bei bekannten Lösungen sitzt der
Dichtungsbalg aus diesem Grunde mit einer an seinem Ende ausgebildeten
Wulstverdickung, die einen inneren Dichtungssitz bildet, unmittelbar auf der
Mantelfläche des Zapfenteils des Lagerzapfens und wird dort gegebenenfalls durch
eigene Materialspannung oder durch die Spannung eines außen aufgesetzten
Federringes gehalten. Generelle Problematik einer derartigen Ausgestaltung stellt die
Korrosionsneigung an der Zapfenoberfläche dar, da der Zapfen üblicherweise aus
Metall hergestellt ist und trotz eventuell vorhandener Beschichtung zur
Korrosionshemmung nach einer gewissen Laufzeit zu Oberflächenveränderungen des
Dichtungssitzes neigt, was letztendlich zu einem Ausfall des Dichtungssystems und
nachfolgend des gesamten Kugelgelenkes durch Eindringen von Verschmutzungen in
Folge des defekten Dichtungssitzes führt.
Aus der EP 1 035 337 A2 ist ein Kugelgelenk mit einem Gelenkgehäuse, einem aus
einer Kugelfläche und einem Zapfenteil bestehenden Lagerzapfen, welcher mit der
Kugelfläche dreh- und auslenkbar im Gelenkgehäuse gelagert und mit dem Zapfenteil
an einer fahrzeugseitigen Aufnahme festgelegt ist, und mit einem elastischen
Dichtungsbalg bekannt, der am Gelenkgehäuse statisch und am Zapfenteil mittels
mindestens eines Dichtungssitzes festgelegt ist, wobei der Dichtungssitz zwischen
Dichtungsbalg und Zapfenteil einen unmittelbar am Zapfenteil unter Vorspannung
anliegenden oder stoffschlüssig mit diesem verbundenen elastischen Dichtring
aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, im Bereich des Dichtungssitzes zwischen
Zapfenteil und Dichtungsbalg des Kugelgelenkes eine verbesserte Lebensdauer des
Dichtungssitzes herbeizuführen und somit die Gesamtlebensdauer des betreffenden
Kugelgelenkes zu verlängern.
Diese Aufgabe wird durch ein Kugelgelenk mit den Merkmalen nach Anspruch 1
gelöst.
Gemäß dieser Lehre weist der Dichtungssitz zwischen Dichtungsbalg und Zapfenteil
unmittelbar am Zapfenteil einen unter Vorspannung anliegenden elastischen Dichtring
und eine zwischen dem Dichtungsbalg und dem Dichtring angeordnete Ringhülse auf.
Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung wird der schleifende Dichtsitz zwischen
Dichtungsbalg und benachbartem Zapfenteil des Lagerzapfens von der unmittelbaren
Oberfläche des Zapfenteils weg in die Trennfuge zwischen Dichtring und benachbarter
Ringhülse verlagert. Bei den direkt zwischen dem Zapfenteil und dem Dichtring als
auch bei der zwischen Ringhülse und Dichtungsbalg liegenden zusätzlichen
Trennfugen handelt es sich um sogenannte statische Trennfugen, bei denen zwischen
den benachbarten Bauteilen keine Relativbewegungen stattfinden, so dass hier die
geschilderten Korrosionsproblematiken im weitesten Sinne ausgeschlossen sind. Die
Verlagerung der kritischen Trennfuge in den Bereich zwischen Dichtring und
Ringhülse erlaubt es, eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffpaarungen wählen zu
können, die sich in ihrer Kombination optimal auf die Verhinderung von
Korrosionsschäden und die Verbesserung der tribologischen Eigenschaften abstimmen
lassen. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass durch die stärkere Abtrennung der
Dichtungsfuge vom Balginnenraum und der Umgebung eine langlebige Schmierung
der Trennfuge durch geeignete Fette leichter möglich ist.
Spezielle weitere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich
zusätzlich aus den Merkmalen der Unteransprüche. Bezüglich der Materialwahl hat
es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Dichtring aus Kautschukmaterial oder
Kunststoffmaterial, vorzugsweise PUR oder PTFE herzustellen. Der Querschnitt des
unmontierten Dichtungsringes kann kreisförmig oder oval gestaltet werden, wobei
insbesondere der Kreisquerschnitt auf Grund am Markt vorhandener Normbauteile in
bezug auf die Herstellkosten günstig zu bewerten ist. Dem verwendeten Kautschuk-
oder Kunststoffmaterial können hierbei Zusätze beigefügt werden, die die
Gleitfähigkeit positiv beeinflussen.
Der Dichtring wird üblicherweise bei der Montage des Kugelgelenkes durch elasti
sche Aufweitung auf den Zapfen aufgeschoben, wobei die durch die Materialwahl
und die Abmessungen vorgegebene Vorspannung nach dem Aufschieben einen
statisch festen Sitz des Dichtringes auf dem Zapfenteil gewährleistet. Darüber hinaus
ist jedoch denkbar, den Dichtring in einem speziellen Arbeitsgang an das Zapfenteil
anzuvulkanisieren und somit eine feste Verbindung zwischen Lagerzapfen und
Dichtring herzustellen.
Für die Gestaltung der Ringhülse hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese als Edel
stahlhülse oder aus Kunststoff herzustellen. Zur Verbesserung des Korrosions
schutzes und der tribologischen Eigenschaften kann darüber hinaus die dem Dicht
ring zugewandte Oberfläche der Ringhülse einen Korrosionsschutzüberzug und/oder
eine Gleitbeschichtung aufweisen.
Der Dichtungssitz besteht im wesentlichen aus dem Dichtring mit statischer Anlage
am Zapfenteil und der Ringhülse, die wiederum zum Dichtungsbalg statisch
festliegend gestaltet ist, also beispielsweise auch mit dem Dichtungsbalg fest
verbunden ist. Demgemäß ist es auch denkbar, Ringhülse und Dichtungsbalg
einstückig auszuführen, um ähnlich der festen Verbindung zwischen Zapfenteil und
Dichtring die qualitativen Eigenschaften der zwischen dem benachbarten Bauteil
bestehenden Trennfuge zu verbessern.
Es hat sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, insbesondere bei größeren Dicht
ringquerschnitten und hier insbesondere bei Rechteckquerschnitten, zusätzliche
Versteifungen aus nichtelastischem Material vorzugsweise Metall einzubringen.
Im Folgenden werden verschiedene Ausgestaltungsbeispiele des Erfindungsgegen
standes anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Teilschnittdarstellung im Bereich des Faltenbalges eines erfin
dungsgemäßen Kugelgelenkes und
Fig. 2a-2d verschiedene Ausgestaltungen entsprechend der Detailansicht X aus
Fig. 1.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Kugelgelenk ist ein Gelenk
zapfen 1, welcher aus einem Zapfenteil 2 und einer daran einstückig angeformten
Kugelfläche 3 besteht, mittels einer Gelenkschale 4 aus einem begrenzt elastischen
Werkstoff im Gelenkgehäuse 5 des Kugelgelenkes gelagert. Das Zapfenteil 2 des
Gelenkzapfens 1 weist einen konisch ausgebildeten Bereich 6 auf, welcher zur
Befestigung des Gelenkzapfens 1 innerhalb eines Fahrzeugteiles 7 dient.
Zur Abdichtung zwischen dem Gelenkgehäuse 5 und dem Gelenkzapfen 1 dient ein
elastischer Dichtungsbalg 8, dessen eines Ende mittels eines Federringes 9 in einer
umlaufenden Nut am Umfang des Gelenkgehäuses 5 statisch befestigt ist. Das andere
Ende des Dichtungsbalges 8 ist mittels eines Dichtungssitzes 10, welcher zum
dichten Anschluss des Dichtungsbalges 8 an das Zapfenteil 2 dient, versehen.
Dieser Dichtungssitz ist gegenüber herkömmlichen Ausführungen mehrteilig gestal
tet und weist unmittelbar angrenzend an das Zapfenteil 2 einen an diesem unter
Vorspannung anliegenden elastischen Dichtring 11 auf. Der Dichtring 11 wird bei
der Montage des Kugelgelenkes aufgeweitet und über das freie Ende des Zapfenteiles
2 bis zum Absatz 12 aufgeschoben, wo er auf Grund seiner elastischen Eigenschaften
nach Beendigung des Montagevorganges einen statisch festen Sitz einnimmt. Am
Außenumfang des Dichtringes 11 ist zwischen diesem und dem Dichtungsbalg 8 eine
Ringhülse 13 angeordnet. Dichtungsbalg 8 und Ringhülse 13 sind bei den in den
Fig. 1 und 2a gezeigten Ausführungen mittels eines Federringes 14 fest
miteinander verbunden. Eine Relativbewegung innerhalb des Dichtungssitzes 10, die
sich auf Grund einer Drehung oder Verschwenkung des Gelenkzapfens 1 mit seiner
Kugelfläche 3 innerhalb der Gelenkschale 4 ergibt, findet somit in der Trennfuge
zwischen dem Dichtring 11 und der benachbarten Innenfläche der Ringhülse 13 statt.
Da eine Relativbewegung zwischen gegeneinander abdichtenden Bauteilen unter
ungünstigen Rahmenbedingungen schnell zu korrosionsbedingten Ausfällen der
Dichtungswirkung führen kann, ist durch die Verlagerung der kritischen Trennfuge
und die Möglichkeit, die für die Dichtwirkung verantwortlichen miteinander
benachbarten Bauteile bezüglich ihrer Materialeigenschaften optimal auf ihr
Einsatzgebiet abstimmen zu können, eine verbesserte Möglichkeit geschaffen, die
Dichtwirkung des Dichtungssitzes zwischen Zapfenteil 2 und Dichtungsbalg 8 über
einen langen Zeitraum zu gewährleisten. Durch die Materialwahl des
Dichtungsringes 11 und der Ringhülse 13 lassen sich darüber hinaus die
Gleiteigenschaften zwischen den sich zueinander bewegenden Bauteilen optimieren.
Als Materialien für den Dichtungsring 10 können beispielsweise Kautschukmate
rialien größerer Shorehärte, alternativ Gummimaterialien wie NBR, HNBR oder
EPDM eingesetzt werden, darüber hinaus sind auch Dichtungsringe aus Kunststoff
materialien wie PUR oder modifiziertem PTFE denkbar. Die aufgeführten Mate
rialien können selbstverständlich mit Zusätzen zur Verbesserung der Gleitfähigkeit
versehen werden. Darüber hinaus lässt sich die Oberfläche des Dichtungsringes
selbstverständlich mit geeigneten Beschichtungen versehen.
In der Fig. 2a ist die Ausgestaltung des Dichtungssitzes 10 entsprechend dem Detail
X aus Fig. 1 noch einmal vergrößert dargestellt. Aus dieser Figur wird deutlich,
dass der Querschnitt der Ringhülse 13 einen ersten parallel zur Zapfenteiloberfläche
verlaufenden Teilbereich 15 und einen hierzu abgewinkelten zweiten Teilbereich 16
aufweist. Der Winkel zwischen den Teilbereichen beträgt im vorliegenden Darstel
lungsbeispiel ca. 90°.
In den Fig. 2b, 2c und 2d sind Varianten des Dichtungssitzes 10 zwischen
Zapfenteil 2 und Dichtungsbalg 8 dargestellt, die sich bezüglich des Querschnittauf
baus der verwendeten Bauteile von demjenigen Ausführungsbeipiel der Fig. 1 bzw.
2a unterscheiden. Gemeinsam ist allen Ausführungsvarianten, dass der Dichtungssitz
10 aus dem Dichtring 11 mit statischer Anlage am Zapfenteil 2 und der Ringhülse 13,
die wiederum zum Dichtungsbalg 8 statisch festliegend gestaltet ist, besteht.
So ist der Fig. 2b zu entnehmen, dass der Dichtring 11 hier eine im wesentlichen
rechteckförmige Gestalt aufweist, wobei eine am Außenumfang vorstehende Dich
tungslippe 17 an der Innenseite der Ringhülse 13 zur Anlage kommt und die
zwischen beiden Teilen bestehende Trennfuge für die notwendige Dichtwirkung
verantwortlich ist. Der in Fig. 2a erkennbare Federring 14 ist im Ausführungs
beispiel der Fig. 2b entfallen, da Ringhülse 13 und der diese umgreifende Dich
tungsbalg 8 durch einen Vulkanisierprozess einstückig miteinander verbunden sind.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2c ist der Dichtring 11 ebenfalls im wesentlichen
rechteckförmig ausgeführt. Die Schnittdarstellung zeigt darüber hinaus, dass sich
innerhalb des Dichtungsringes 11 ein umlaufendes Versteifungselement 18 befindet,
welches beispielsweise aus einem umlaufenden Metallring bestehen kann. Die Ring
hülse 13 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen im wesentlichen S-förmigen
Querschnitt auf. Darüber hinaus ist dieser Figur zu entnehmen, dass im Dichtungs
balg 8 ebenfalls ein Versteifungselement 19 integriert ist.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2d entspricht im wesentlichen demjenigen der
Fig. 2b. Allerdings ist der Schnittbilddarstellung zu entnehmen, dass hier analog der
Fig. 2c innerhalb des Dichtungsringes 11 ein Versteifungselement 18 angeordnet
ist.
1
Gelenkzapfen
2
Zapfenteil
3
Kugelfläche
4
Gelenkschale
5
Gelenkgehäuse
6
Bereich
7
Fahrzeugteil
8
Dichtungsbalg
9
Federring
10
Dichtungssitz
11
Dichtring
12
Absatz
13
Ringhülse
14
Federring
15
Teilbereich
16
Teilbereich
17
Dichtungslippe
18
Versteifungselement
19
Versteifungselement
Claims (14)
1. Kugelgelenk, vorzugsweise für Fahrwerksaufhängungen oder Lenkungen von
Kraftfahrzeugen, mit einem Gelenkgehäuse (5), einem aus einer Kugelfläche (3) und
einem Zapfenteil (2) bestehenden Lagerzapfen (1), welcher mit der Kugelfläche
dreh- und auslenkbar im Gelenkgehäuse (5) gelagert und mit dem Zapfenteil (2) an
einer fahrzeugseitigen Aufnahme (7) festgelegt ist, und mit einem elastischen
Dichtungsbalg (8), der am Gelenkgehäuse (5) statisch und am Zapfenteil (2) mittels
mindestens eines Dichtungssitzes (10) festgelegt ist, wobei der Dichtungssitz (10)
zwischen Dichtungsbalg (8) und Zapfenteil (2) einen unmittelbar am Zapfenteil (2)
unter Vorspannung anliegenden oder stoffschlüssig mit diesem verbundenen
elastischen Dichtring (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Dichtungssitz (10) eine zwischen dem Dichtungsbalg (8) und dem Dichtring
(11) angeordnete Ringhülse (13) aufweist.
2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (11) im
unmontierten Zustand einen Kreisquerschnitt aufweist.
3. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (11) im
unmontierten Zustand einen ovalen Querschnitt aufweist.
4. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (11) im
montierten Zustand einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.
5. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (11) aus
Kautschukmaterial besteht.
6. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (11) aus
Kunststoffmaterial, vorzugsweise PUR oder PTFE besteht.
7. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im
Querschnitt des Dichtringes (11) Versteifungselemente (18) aus nicht elastischem
Material, vorzugsweise Metall angeordnet sind.
8. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Querschnitt der Ringhülse (13) einen ersten parallel zur Oberfläche des Zapfenteiles
(2) verlaufenden Teilbereich (15) und einen hierzu abgewinkelten zweiten
Teilbereich (16) aufweist.
9. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ringhülse (13) aus Edelstahl besteht.
10. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ringhülse (13) aus Kunststoff besteht.
11. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ringhülse (13) mindestens an ihrer dem Dichtring (11) zugewandten Oberfläche
einen Korrosionsschutzüberzug aufweist.
12. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ringhülse (13) mindestens an ihrer dem Dichtring (11) zugewandten Oberfläche eine
Gleitbeschichtung aufweist.
13. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ringhülse (13) mit dem Dichtungsbalg (8) einstückig ausgeführt ist.
14. Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
zwischen dem Dichtungsbalg (8) und dem Dichtring (11) angeordnete Ringhülse
(13) mit dem Dichtungsbalg (8) fest verbunden ist.
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