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Die
Erfindung betrifft eine Gelenk- und/oder Lageranordnung nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei
Gelenkanordnungen, die einen Gelenkzapfen aufweisen, der mit seinem
Kopfbereich in einer Gelenkschale beweglich gelagert und die Gelenkschale
ihrerseits in einem Gehäuse aufgenommen sowie dort gegen
Auszug gesichert ist, besteht das Problem, dass die Gelenkanordnung
abgedichtet sein muss, um damit einen Schutz gegen das Eindringen
von Feuchtigkeit oder Verunreinigungen in das Gelenkinnere zu bilden
und ein Austreten von Schmiermittel zu verhindern. Hierzu werden
Dichtungsmanschetten eingesetzt, die die für den Durchtritt
des Gelenkzapfens vorgesehene Durchtrittsöffnung des Gehäuses
sowie der Gelenkschale abdichten. Die Dichtungsmanschette liegt
dabei einerseits an dem Gelenkzapfen und andererseits an der Lagerschale
oder an dem Gehäuse an. Zur Verbesserung der Dichtwirkung
ist es bekannt, den Randbereich der Dichtungsmanschette mit einem
Spannring zu sichern.
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Aus
der
DE 297 21 050
U1 ist es darüber hinaus bekannt, die Dichtungsmanschette
an die Gelenkschale anzuformen. Die damit beispielsweise durch Angießen
oder Anspritzen geschaffene stoffschlüssige Verbindung
zwischen Gelenkschale und Dichtungsmanschette bietet zwar gegenüber
formschlüssigen oder den zuvor erwähnten Spannringbefestigungen
wesentliche Vorteile, jedoch besteht bei der in
DE 297 21 050 U1 offenbarten
Lösung immer noch die Möglichkeit, dass insbesondere
bei Vibrationen Feuchtigkeit und Verunreinigungen in den Bereich
zwischen Lagerschale und Gehäuse eindrinigen können,
da dieser Bereich nicht durch die Dichtungsmanschette abgedichtet
ist. Damit kann jedoch keine absolute Dichtheit der Gelenk- und/oder
Lageranordnung erreicht werden. Ferner neigen Ausführungen,
wie sie aus der Druckschrift bekannt sind, dazu, dass sich die Dichtungsmanschette
von der Gelenkschale ablöst. Dies hat seine Ursache darin, dass
die fest sitzend montierte, beziehungsweise an der Gelenkschale
angeformte Dichtungsmanschette nicht nur durch das Schwenken des
Gelenkzapfens hervorgerufene Zug- und Druckbeanspruchungen sondern
auch Torsionsbewegungen, die in Folge einer Drehung des Gelenkzapfens
um seine Längsmittenachse hervorgerufen werden, kompensieren muss.
Da die genannten Belastungen der Dichtungsmanschette nicht nur aufeinander
folgend, sondern auch überlagert auftreten und die aus
Polyurethan hergestellte Dichtungsmanschette relativ steif ist, also
diesen Belastungen auf Grund ihrer geringen Dehnbarkeit einen Widerstand
entgegensetzt, kann dies dazu führen, dass sich die Dichtungsmanschette nach
einer gewissen Zeit von der Gelenkschale löst. Dabei konnte
festgestellt werden, dass sich das bisher verwendete Polyurethan
insbesondere bei niedrigen Temperaturen in seinen Eigenschaften
verändert und die Elastizität weiter herabgesetzt
wird, was den zuvor beschriebenen Effekt noch zusätzlich
verstärkt.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Gelenk- und/oder Lageranordnung
bereitzustellen, die in ihrer Abdichtung gegenüber der
Umgebung verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten
Lösungen verbessert ist.
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Die
Erfindung löst dieses Problem durch eine Gelenk- und/oder
Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Hinsichtlich
vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
wird auf die Unteransprüche verwiesen.
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Eine
Gelenk- und/oder Lageranordnung mit einem Gelenkzapfen, dessen Kopfbereich
in einer in einem Gehäuse aufgenommenen Gelenkschale beweglich
gelagert ist, wobei die Gelenkschale und das Gehäuse eine
Durchtrittsöffnung für den Gelenkzapfen aufweisen,
die durch eine an dem Gelenkzapfen anliegende und mittels einer
stoffschlüssigen Verbindung an der Gelenkschale angeformte
und dadurch mit der Gelenkschale eine Einheit bildende Dichtungsmanschette
gegenüber der Umgebung abgedichtet ist, wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet,
dass die Dichtungsmanschette aus einem weichelastischen Silikon
besteht.
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Mit
der Erfindung können die aus dem Stand der Technik bekannten
Nachteile bisheriger Gelenk- und/oder Lageranordnungen vermieden
werden. Insbesondere ist es nicht mehr erforderlich, die Dichtungsmanschette
aufwendig zu montieren oder komplizierte Geometrien bereitzustellen,
die eine formschlüssige Verbindung zwischen Dichtungsmanschette
und Gelenkschale oder zwischen Dichtungsmanschette und Gehäuse
ermöglichen. Infolge des verwendeten Silikonmaterials zur
Herstellung der Dichtungsmanschette ist diese auf Grund der vorteilhaften
Materialeigenschaften des Silikons in der Lage, die geforderten
Belastungen zu kompensieren und Bewegungen des Gelenkzapfens mitzumachen, ohne
dass Undichtheiten der Gelenk- und/oder Lageranordnung auftreten.
Silikone sind nämlich Wasser abstoßend, elektrische
Isolatoren und beständig gegen Oxidationsmittel und Säuren.
Ferner sind Silikone Witterungs-, Ozon-, UV- und wärmebeständig,
hydrophob, dielektrisch und gelten als physiologisch verträglich.
Diese Eigenschaften und insbesondere die breite Temperaturspanne
zwischen –40°C und +125°C, innerhalb
der das Material konstante Eigenschaften aufweist, erlaubt beispielsweise
die Verwendung für Gelenk- und/oder Lageranordnungen in Kraftfahrzeugen.
Auch die Herstellung der Dichtungsmanschette ist im Vergleich zu
den Polyurethan-Ausführungen vereinfacht, da sich das Silikon auf
Grund seiner höheren Dehnbarkeit leichter aus der Spritzgussform
entfernen lässt. Der Einsatzbereich der Dichtungsmanschette
aus Silikon ist damit sehr vielfältig.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Dichtungsmanschette aus einem Flüssigsilikonkautschuk (LSR) hergestellt
ist. Damit kann sie in einfacher Weise beispielsweise mittels eines
Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Flüssigsilikonkautschuk
weist zumeist ca. 70% lineare Siloxane, ca. 30% Füllstoffe und
ca. 1% weitere Additive auf. Es stehen elektrisch leitfähige
Typen, Fluorsilikontypen, Öl ausschwitzende Silikone und
schnell vernetzende Typen zur Verfügung, die je nach zu
erzielendem Ergebnis zum Einsatz kommen können.
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So
ist beispielsweise daran gedacht, für Dichtungsmanschetten
elektrisch leitfähige Silikone zur Ableitung elektrostatischer
Ladungen an Gelenk- und/oder Lageranordnungen in Kraftfahrzeugen
zu verwenden, was wegen der zunehmenden Zahl elektronischer Bauelemente
und der damit einhergehenden Störanfälligkeit
infolge unkontrollierter elektrisch Entladungen eine zunehmende
Bedeutung erlangt. Durch die Entladungen können die elektronischen Bauelemente
nämlich zerstört werden. Die hier in Rede stehenden,
sich in einem Kraftfahrzeug ausbildenden Ladungen bilden sich beispielsweise
infolge der Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn oder durch Bewegungen
der im Kraftfahrzeug vorhandenen Kunststoffteile aus und entladen
sich, wenn die Spannung einen Grenzwert erreicht hat unkontrolliert.
Bei diesen Spannungsüberschlägen kann es dann
zu den besagten Beschädigungen elektronischer Bauelemente
kommen.
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Für
die Gelenk- und/oder Lageranordnung ist es von Bedeutung, dass zwischen
der Gelenkschale und der Dichtungsmanschette eine fest haftende
Verbindung geschaffen wird. Hierfür eignet sich Polyamid
als Werkstoff für die Gelenkschale in besonderer Weise.
Polyamid ist in der Lage den Stoffschluss zu der Dichtungsmanschette
dauerhaft und sicher zu gewährleisten und weist selbst
die für die Lagerung erforderlichen Kennwerte auf. Es kann zudem
in einfacher Weise mit weiteren Stoffen kombiniert und so gezielt
in seinen Eigenschaften beeinflusst werden.
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Eine
besonders vorteilhafte Werkstoffpaarung wird demgemäß in
der Kombination einer Dichtungsmanschette aus GE Bayer LIM 9071
und einer Gelenkschale aus Lanxess Durethan BKV 30 schwarz (PA6GF30)
für eine erfindungsgemäße Gelenk- und/oder
Lageranordnung gesehen.
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Wie
eingangs im Zusammenhang mit der Erläuterung des Standes
der Technik bereits ausgeführt wurde, kann für
eine optimale Abdichtung der relativ zueinander beweglichen Bauteile
einer Gelenk- und/oder Lageranordnung gegenüber der Umgebung
nicht nur die Bauteilverbindung zwischen Dichtungsmanschette und
Gelenkschale von entscheidender Bedeutung sein. Vielmehr spielt
auch die Einbringung der Gelenkschale in ein diese aufnehmendes
Gehäuse eine wesentliche Rolle. Um auch den kritischen
Bereich zwischen Gelenkschale und Gehäuse abzudichten wird
deshalb vorgeschlagen, dass die Dichtungsmanschette einen Randabschnitt
aufweist, der im Bereich der Durchtrittsöffnung dichtend
am Gehäuse anliegt. Hierbei ist eine Anlage des Randabschnittes
an dem korrespondierenden Gehäuse unter teilweiser Verformung
des Randabschnittes möglich. Die Verformung ist ohne erheblichen
Aufwand möglich, da das verwendete Silikon verformungsweich
ist. Darüber hinaus kann auch hier eine stoffschlüssige
Verbindung vorgesehen werden.
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Eine
Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens besteht darin, dass der
Randabschnitt der Dichtungsmanschette eine zu dem Bereich der Durchtrittsöffnung
des Gehäuses komplementär geformte Anlagefläche
aufweist. Somit legt sich der Randabschnitt der Dichtungsmanschette
optimal an den zugehörigen Bereich des Gehäuses
an.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung geht davon aus, dass die
Gelenkschale im Bereich der Durchtrittsöffnung für
den Gelenkzapfen einen vom Gehäuse weg weisenden und außenseitig von
der Dichtungsmanschette hintergriffenen Haltebereich aufweist. Mit
einer derartigen Lösung kann zugleich eine Zugentlastung
für die Dichtungsmanschette geschaffen werden. Zudem wird
die Haftung zwischen Dichtungsmanschette und Gelenkschale erheblich
verbessert. Sofern demnach die Gelenkschale an der Durchtrittsöffnung
für den Gelenkzapfen einen mit einer axialen Komponente
vom Gehäuse weg weisenden und radial außen von
der Dichtungsmanschette hintergriffenen Haltebereich aufweist, ist
damit eine radial nach außen drückende Kraftbeaufschlagung
des Randes der Dichtungsmanschette in Richtung des Gehäuses
möglich. Insbesondere können für eine
gute Abdichtung kombiniert abgestuft sowohl eine axiale als auch
eine radiale Anlage des Randbereiches der Dichtungsmanschette am
Gehäuse vorliegen. Die Zuverlässigkeit der abdichtenden
Anlage ist damit weiter erhöht.
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Zur
Verbesserung des Sitzes der Gelenkschale in dem Gehäuse
kann ferner die Gelenkschale an ihrer mit dem Gehäuse kontaktierenden
Mantelfläche Ringanformungen aufweisen und in das Gehäuse
eingepresst sein. Derartige Ringanformungen sind beispielsweise
als Rippen unterschiedlichster Geometrien ausführbar.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. Das gezeigte Ausführungsbeispiel
stellt keine Einschränkung auf die dargestellte Variante
dar, sondern dient lediglich der Erläuterung des Prinzips
der Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise
veranschaulichen zu können, ist in der Figur nur eine stark
vereinfachte Prinzipdarstellung gezeigt, bei der auf die für die
Erfindung nicht wesentlichen Bauteile verzichtet wurde. Dies bedeutet
jedoch nicht, dass derartige Bauteile bei einer erfindungsgemäßen
Lösung nicht vorhanden sind.
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Es
zeigt:
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1:
eine Gelenk- und/oder Lageranordnung in Form eines Kugelgelenkes
für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
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Die
im gezeichneten Ausführungsbeispiel dargestellte Gelenk-
und/oder Lageranordnung 1 umfasst einen Gelenkzapfen 2 mit
einem als Gelenkkugel gestalteten Kopfbereich 3. Es handelt
sich bei der Gelenk- und/oder Lageranordnung 1 um ein Kugelgelenk,
wie es beispielsweise für Radaufhängungen in Kraftfahrzeugen
Verwendung findet. Die Gelenkkugel 3 ist dreh- und kippbeweglich
in einer Gelenkschale 5 aufgenommen. Die Gelenkschale 5 weist
an ihrer äußeren Mantelfläche in der
Figur nicht sichtbare Ringanformungen in Form von Rippen auf, sodass
der Presssitz zwischen Gelenkschale 5 und dem diese aufnehmenden
Gehäuse 4 durch die während des Einpressens
der Gelenkschale 5 in das Gehäuse 4 erfolgende
teilweise Verformung der Ringanformungen eine Abdichtung gegenüber
der Umgebung bildet. Der aus dem Gehäuse 4 herausragende Teil
des Gelenkzapfens 2 ragt durch eine Durchtrittsöffnung 6 der
Gelenkschale 5 und des Gehäuses 4 hindurch.
Zur Abdichtung der inneren Gelenkbauteile gegenüber der
Umgebung weist die in der Figur gezeigte Gelenk- und/oder Lageranordnung 1 eine Dichtungsmanschette 7 auf.
Die Dichtungsmanschette 7 besteht aus Silikon und ist als
ein Faltenbalg gestaltet. Sie ist damit erfindungsgemäß sehr weich
und elastisch und verfügt über zwei Randabschnitte 8 und 11.
Der an dem Gelenkzapfen 2 anliegende Randabschnitt 11 der
Dichtungsmanschette 7 wird in herkömmlicher Weise
in zentripetaler Richtung durch einen Spannring 12 unter
Spannung gegen die am Gelenkzapfen 2 vorhandene Anlagefläche
gepresst, womit eine Dichtung geschaffen ist.
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Auf
der gegenüberliegenden Seite der Dichtungsmanschette 7 ist
an dieser ein Randabschnitt 8 angeformt, der auf der gelenkinneren
Seite an einem speziell ausgebildeten Haltebereich 9 der
Gelenkschale 5 zur Anlage kommt. Der Haltebereich 9 weist einen
Hinterschnitt auf, in den der Randabschnitt 8 der Dichtungsmanschette 7 eingebettet
ist, sodass er diesen hintergreift.
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Auf
der Gehäuseseite ist der Randabschnitt 8 der Dichtungsmanschette 7 mit
einer zur Gehäusekontur komplementären Geometrie
ausgestattet. Der Randabschnitt 8 der Dichtungsmanschette 7 verfügt hier über
eine axiale und eine radial nach außen weisende Komponente,
sodass sich der Randabschnitt 8 der Dichtungsmanschette 7 mit
seiner Anlagefläche 10 optimal an die korrespondierende
Gehäusekontur anlegt. Durch den Presssitz der Gelenkschale 5 in
dem Gehäuse 4 wird zugleich der Randabschnitt 8 der
Dichtungsmanschette 7 zwischen Gehäuse 4 und
Haltebereich 9 der Gelenkschale 5 eingepresst und
dichtet somit diesen Bereich der Gelenk- und/oder Lageranordnung 1 ab.
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Das
in der Figur gezeigte Kugelgelenk verfügt über
ein ursprünglich beidseitig offenes Gehäuse 4.
Zum Verschluss der der Dichtungsmanschette 7 gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses 4 weist die Gelenkschale 5 einen
domartigen, geschlossenen Bodenbereich auf. Ferner wird diese Öffnung
durch einen Deckel 13 verschlossen, der mittels eines Umformbereiches 14 in
dem Gehäuse 5 fixiert ist.
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- 1
- Gelenk-
oder Lageranordnung
- 2
- Gelenkzapfen
- 3
- Kopfbereich
- 4
- Gehäuse
- 5
- Gelenkschale
- 6
- Durchtrittsöffnung
- 7
- Dichtungsmanschette
- 8
- Randabschnitt
der Dichtungsmanschette
- 9
- Haltebereich
der Gelenkschale
- 10
- Anlagefläche
der Dichtungsmanschette
- 11
- Randabschnitt
der Dichtungsmanschette
- 12
- Spannring
- 13
- Deckel
- 14
- Umformbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29721050
U1 [0003, 0003]