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Die
Erfindung betrifft ein Zapfengelenk nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
der Patentschrift
EP
1 000 260 B1 ist ein Zapfengelenk mit einer Balgdichtung
bekannt, die zwischen einem Gehäuse
und einem beweglichen Zapfen angeordnet ist. Die aus elastischem
Material hergestellte Balgdichtung ist mit einem Ende mit dem Gehäuse unverschieblich
verbunden, an einem zweiten Ende umschließt die Balgdichtung den Zapfen des
Zapfengelenkes, wobei die Balgdichtung auf dem Zapfen gleitbeweglich
angeordnet ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, ein
Zapfengelenk zur Verfügung
zu stellen, bei dem die Gleitbeweglichkeit der Balgdichtung auf
dem Zapfen verbessert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Zapfengelenk mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Zapfengelenk
zeichnet sich durch eine Balgdichtung, die an Kontaktbereichen mit
einem Zapfenabschnitt eine Polytetraflourethylen (PTFE)-Schicht
aufweist, aus. Das Zapfengelenk ist als Winkel- oder Axialgelenk
aufgebaut und verbindet ein Gegenbauteil gelenkig mit einem weiteren
Bauteil. An dem Kontaktbereich zu dem Zapfenabschnitt dichtet die
Balgdichtung ab. Als Zapfenabschnitt ist der aus einem Gelenkgehäuse herausragende
Teil eines Gelenkzapfens bezeichnet. Neben dem Zapfenabschnitt umfasst
der Gelenkzapfen ein in dem Gelenkgehäuse gelenkig gelagerten Gelenkabschnitt.
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In
vorteilhafter Weise ist durch die PTFE-Beschichtung der Reibkoeffizient
zwischen der Balgdichtung und dem Zapfenabschnittes reduziert. Der Reibkoeffizient
zwischen dem Dichtbalg und dem Zapfenabschnitt weist damit einen
Wert von kleiner 0.07 auf. Die PTFE-Schicht ist in einem zusätzlichen Arbeitsgang
an dem Dichtbalg auftragbar. Unter einer PTFE-Schicht sind auch Schichten aus einer Kombination
aus PTFE und anderen Werkstoffen in variablen Mengenverhältnissen
zu verstehen. Alternativ kann der Werkstoff des Dichtbalges einen
entsprechend hohen PTFE-Anteil aufweisen, so dass sich an der Dichtbalgoberfläche eine
Schicht aus PTFE-Teilchen bildet. Insbesondere sind durch die Beschichtung
Verklebungen des Balgmaterials an dem Zapfenabschnitt vermieden.
Das Sicherstellen der Möglichkeit
von Relativbewegungen zwischen Dichtbalg und dem Zapfenabschnitt
verhindert eine Schädigung
des Dichtbalgs durch Verdrehung und Torsionsbeanspruchung.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist die Balgdichtung an den Kontaktbereichen
zu dem Gegenbauteil PTFE-beschichtet. An dem Zapfenabschnitt ist
das Gegenbauteil angeordnet. Zur Verbesserung der Dichtfunktion
des Dichtbalges liegt die axiale Balgfläche des Dichtbalgs unter Vorspannung
an dem Gegenbauteil an. Ein Andrücken
des Dichtbalgs an das Gegenbauteil verhindert ein Eindringen von Schmutz,
Staub usw. Bei Drehbewegungen des Gelenkzapfens zu dem Gelenkgehäuse soll
zwischen der axialen Fläche
des Dichtbalgs und dem Gegenbauteil Relativbewegung auftreten. Damit
ist eine Schädigung
des Dichtbalgs durch Verdrehung und Torsionsbeanspruchung vermieden.
Um diese Relativbewegung zu ermöglichen,
ist die und des Dichtbalges mit PTFE beschichtet. In vorteilhafter
Weise ist durch die PTFE-Beschichtung
der Reibkoeffizient zwischen der Balgdichtung und dem Gegenbauteil reduziert.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die mit Schmierstoff in
Kontakt stehende Balgbereiche mit PTFE beschichtet. Das Gelenkgehäuse und teilweise
die Balgdichtung sind mit Schmierstoff gefüllt. Zur Vermeidung von Wechselwirkungen
des Schmierstoffes mit dem Werkstoff der Balgdichtung ist diese
mit PTFE beschichtet. Damit stehen auch Schmiermittel zur Verfügung, die
bisher aufgrund von Unverträglichkeiten
mit dem Werkstoff der Balgdichtung nicht einsetzbar waren.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die unter Umwelteinflüssen stehende
Bereiche der Balgdichtung eine PTFE-Beschichtung auf. Im wesentlichen ist
die Außenkontur
des Dichtbalges von Umwelteinflüssen
wie Verschmutzung, Nässe, Salz,
UV_Strahlung etc. betroffen. Die PFTE-Beschichtung wirkt als Schutz
gegen Alterung des Werkstoffes. Darüber hinaus ist das Austreten
von Weichmacher aus dem Werkstoff verhindert, so dass die Elastizität des Werkstoffes über die
Lebensdauer erhalten bleibt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Zapfenabschnitt und/oder
das Gegenbauteil an Kontaktbereichen mit der Balgdichtung eine PTFE-Schicht
auf. An der Balgdichtung anliegende und relativ zur Balgdichtung
bewegte Bauteile sind mit PTFE beschichtet. Die an den Kontaktbereichen auf
die Balgdichtung übertragenen
Reibkräfte
sind gering, wodurch eine Verformung des Dichtbalges vermieden ist.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen
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1 Darstellung
eines Zapfengelenkes mit einer Balgdichtung und
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2 vergrößerte Darstellung
der Balgdichtung aus 1.
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Gleiche
Bauteile sind in den 1 und 2 mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Zapfengelenke
gemäß 1 sind
zur beweglichen Verbindung zweier Bauteile vorgesehen. Ein nicht
dargestelltes Bauteil ist über
eine Gewindestange 12 mit einem Gehäuse 1 des Zapfengelenkes und
ein Gegenbauteil 6 mit einem Zapfenabschnitt 3 eines
Gelenkzapfens 2 verbunden. Beispielsweise ist über die
Gewindestange 12 eine Spurstange einer Zahnstangenlenkung
und an dem Zapfenabschnitt 3 ein Achsschenkel 6 einer
Radaufhängung
angebunden.
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In
dem Gelenkgehäuse 1 ist
kipp- und drehbeweglich der Gelenkzapfen 2 angeordnet.
Beispielsweise umfasst der Gelenkzapfen 2 eine Kugel, die
in einer im Gelenkgehäuse 1 angeordnetem
Kugelschale drehbar gelagert ist. Der Zapfenabschnitt 3 ragt über das
Gelenkgehäuse 1 heraus.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform
ist das Gegenbauteil 6 auf einem kegeligen Sitz 4 angeordnet
und mittels einer Mutter 5 gesichert.
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Eine
elastische Balgdichtung 7 vorzugsweise aus einem Elastomerwerkstoff
ist zwischen dem Gelenkgehäuse 1 und
dem beweglichen Gelenkzapfen 2 angeordnet. Die Aufgabe
der Balgdichtung 7 ist ein Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit
in das Gelenk sowie das Austreten von Schmierfett zu vermeiden.
Das Gelenkgehäuse 1 und
teilweise der Innenraum der Balgdichtung 7 sind mit Schmierstoff vorzugsweise
Schmierfett gefüllt.
Mit dem Gelenkgehäuse 1 ist
eine erste Seite der Balgdichtung 7 fest verbunden. Dazu
ist die Balgdichtung 7 in einer Nut des Gelenkgehäuses 1 beispielsweise
mittels eines Spannringes 8 festgelegt. Alternativ kann
die Balgdichtung 7 durch Vulkanisation oder durch eine
formschlüssige
Verbindung wie einen Einrollvorgang an dem Gelenkgehäuse 1 angebunden
sein.
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An
dem Zapfenabschnitt 3 liegt eine zweite Seite der Balgdichtung 7 beweglich
an. Die Balgdichtung 7 umschließt den Zapfenabschnitt 3 radial
dichtend. Eine radiale Vorspannkraft der Balgdichtung 7 ist
durch einen Spannring 8 oder durch die Elastizität des Werkstoffes
der Balgdichtung 7 vorgegeben. Die erzielbare Dichtigkeit
zwischen der Balgdichtung 7 und dem Zapfenabschnitt 3 ist
mitunter von der radialen Vorspannkraft der Balgdichtung 7 abhängig. Zur Vermeidung
einer Zerstörung
der Balgdichtung 7 durch Ermüdung soll sich die Balgdichtung 7 bei
einer Verdrehung von Gelenkgehäuse 1 und
Gelenkzapfen 2 nicht tordieren, d.h. die Balgdichtung 7 soll frei
beweglich an dem Zapfenabschnitt 3 anliegen. Um einerseits
eine gute Dichtwirkung und andererseits Beweglichkeit der Balgdichtung 7 zu
dem Zapfenabschnitt 3 zu sichern, ist zwischen diesen Bauteilen 3, 7 ein
geringer Reibwert erforderlich. Zu diesem Zweck ist die Balgdichtung 7 an
den mit dem Zapfenabschnitt 3 in Kontakt stehenden Bereich 9 mit
PTFE beschichtet, siehe 2. Der Reibkoeffizient zwischen
Stahl und Gummi ist erheblich reduziert.
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Die
Beschichtung verhindert desweiteren das Festkleben der Balgdichtung 7 an
dem Zapfenabschnitt 3. Diese Klebeeffekte, die beispielsweise aufgrund
von Chlorausscheidungen aus dem Gummi in Wechselwirkung mit Schmierfetten
auftreten, sind wirkungsvoll vermieden.
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In
einer modifizierten Ausführungsform
ist auch der axiale Kontaktbereich 10 der Balgdichtung 7 zu
dem Gegenabtauteil 6 mit PTFE beschichtet, siehe 2.
In dem Beispiel in 1 liegt der Kontaktbereich 10 der
Balgdichtung 7 axial unter Vorspannung an dem Gegenbauteil 6 an.
Um die die Balgdichtung 7 tordierenden Reibkräfte gering
zu halten ist dieser Kontaktbereich 10 mit PTFE beschichtet.
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In
einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu
dem Kontaktbereich 9 die verbleibende Fläche des
Innenbereichs 11 der Balgdichtung 7 mit PTFE beschichtet.
Die gesamte mit Fett in Berührung
kommende Oberfläche
der Balgdichtung 7 ist nun mit PTFE beschichtet. Dadurch
ist die Wechselwirkung zwischen Schmierfett und dem Werkstoff der
Balgdichtung 7 reduziert. Die Poren in dem Elastomerwerkstoff
sind durch das PTFE verschlossen, so dass keine Weichmacher in den
mit Fett gefüllten
Innenraum der Balgdichtung 7 ausweichen können. Die
Beschichtung ermöglicht eine
Verwendung von Fetten und Schmierstoffen, die bisher wegen Wechselwirkungen
mit dem Gummiwerkstoff nicht einsetzbar waren. Gleichermaßen ist auch
die durch Ausscheidungsprodukte des Elastomerwerkstoffes verursachte
Korrosion des Gelenkzapfens 2 und des Gelenkgehäuses 1 wirkungsvoll reduziert.
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Die
Balgdichtung 7 ist in vorteilhafter Weise in den bestehenden
Produktionsvorrichtungen herzustellen und in einem nachfolgenden
Arbeitsgang mit PTFE an den oben beschriebenen Bereichen beschichtbar.
Zur Vereinfachung des Beschichtungsvorganges ist selbstverständlich auch
die gesamte Oberfläche
der Balgdichtung 7 beschichtbar.
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- 1
- Gelenkgehäuse
- 2
- Gelenkzapfen
- 3
- Zapfenabschnitt
- 4
- Kegeliger
Sitz
- 5
- Mutter
- 6
- Gegenbauteil,
Achsschenkel
- 7
- Balgdichtung
- 8
- Spannring
- 9
- Kontaktbereich
zu Zapfenabschnitt
- 10
- Kontaktbereich
zu Gegenbauteil
- 11
- Bereich
mit Schmierstoffkontakt
- 12
- Gewindestange