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Die
Erfindung betrifft ein Dicht- und Sicherungselement für Gleichlaufgelenke
von Längswellen
für Kraftfahrzeuge,
deren Längswellen
als Hohlwellen ausgebildet und das jeweilige Gleichlaufgelenk zur Längswelle über einen
Verschlussdeckel abgedichtet ist.
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Gleichlaufgelenke
von Längswellen
sind häufig
verwendete Bauteile in Kraftfahrzeugen, wo die Übertragung einer Drehbewegung
mit konstanter Drehzahl erwünscht
ist oder erzielt werden soll. Die üblichen Arten von Gleichlaufgelenken
sind Tripode-Verschiebegelenke, axialfeste Tripo-Gelenke, Kugelverschiebegelenke
sowie axialfeste Kugelgelenke. Die Gleichlaufgelenke sind im Allgemeinen
mit einem Schmierfett dauerhaft geschmiert und bei Verwendung von
Antriebswellen durch eine Manschette abgedichtet. Dies bedeutet,
dass Gleichlaufgelenke abgedichtet werden, um das Schmierfett innerhalb des
Gelenkes und Verunreinigungen und Fremdstoffe, z. B. Schmutz und
Wasser, außerhalb
des Gelenkes zu halten.
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Um
diesen Schutz zu gewährleisten,
werden die Gleichlaufgelenke üblicherweise
an der offenen Seite des Gelenkaußenteiles von einer abdichtenden Manschette
aus Gummi, einem thermoplastischen Kunststoff oder Silikon abgeschlossen.
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Die
gegenüberliegenden
Seiten der Gelenkaußenteile
werden im Allgemeinen von einer Haube, Kappe oder einem Verschlussdeckel
abgeschlossen.
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Bei
der Ausbildung von Längsantriebswellen,
welche beispielsweise mit Gleichlaufgelenken ausgebildet sind, sind
nicht nur die Anforderungen an den normalen Betrieb zu berücksichtigen,
wie beispielsweise auch das Abdichten der Gleichlaufgelenke, vielmehr
ist auch ihr Verhalten in einem Crashfall, d. h. insbesondere beim
Frontalauffahrunfall des Kraftfahrzeuges, zu beachten.
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Hierbei
sind zwei wesentliche Forderungen zu erfüllen.
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Zum
einen muss eine axiale Verkürzung
der Welle möglich
sein, um ein Ausknicken und Eindringen in die Fahrgastzelle sicher
zu vermeiden, zum anderen ist es erwünscht, dass die Welle bei ihrer Verkürzung in
nennenswerter Weise Verformungsenergie aufnimmt.
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So
wurde mit der
DE 43
44 177 C1 eine Längsantriebswelle
für Kraftfahrzeuge
bekannt, welche mit einem Zwischengelenk ausgebildet, welches als
axialverschiebbares Kugelgelenk ausgeführt ist und zumindest aus einem
Gelenkaußenteil
und einem Gelenkinnenteil besteht, wobei das Gelenkaußenteil
mit einer Rohrwelle fest und das Gelenkinnenteil mit einem Wellenzapfen
verbunden ist.
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Die
Abdichtung des Gelenkes erfolgt einerseits über eine Rollbalganordnung
und andererseits mittels eines in das Gelenkaußenteil eingepressten Blechdeckels.
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Die
Abmaße/die
Dimensionierung der Bauteile der eingesetzten Gelenke sind so zueinander abgestimmt,
dass bei einem Crashfall die teleskopierenden Teile ineinander verschoben
werden können.
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Das
Problem des Abdichtens eines Gleichlaufgelenkes zu einer Längswelle
wird gemäß der Lösung nach
der
DE 102 05 538
A1 dadurch gelöst, dass
im Gelenkaußenteil
und vor der Welle zwei Verschlussdeckel vorgesehen sind.
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Mit
dem Problem des Abdichtens eines Gleichlaufdrehgelenkes befasst
sich auch die
DE 27 40
226 A1 , welche sich zur Aufgabe stellt, bei einem Gleichlaufdrehgelenk
eine kostengünstige
und wirtschaftliche Verbindung mit einer Rohrwelle zu schaffen,
bei der gleichzeitig eine funktionssichere Dichtung zwischen dem
Gelenk und der Rohrwelle gegeben sein soll.
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Dies
wird gemäß der vorgestellten
Lösung durch
eine Verschlusskappe mit einem integrierten Formteil gelöst, welche
in einem einzigen Arbeitsgang in der Hohlwelle fixiert wird und
so als Abdichtung fungiert.
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In ähnlicher
Weise erfolgt eine Abdichtung einer Hohlwelle zu einem Gleichlaufdrehgelenk,
wie in der
DE 196
52 100 C1 beschrieben. Dieser Blechdeckel ist gleichfalls
mit einem Dichtelement/Formteil ausgebildet und findet in der Hohlwelle
Aufnahme und dichtet somit das Gleichlaufdrehgelenk ab.
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Eine
weitere Lösung
der Abdichtung eines Gleichlaufgelenkes ist mit der
DE 10 2005 003 388 A1 bekannt
geworden, bei der eine Seite des Gelenkes mittels einer Manschettenabdeckung
abgedichtet wird. Diese Manschettenabdeckung ist mit einem Ende
des Gelenkaußenteiles
verbunden und andererseits über
einen Bördel
mit einem Manschettenbauteil, welches zur Antriebswelle verbunden
ist.
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Auf
der gegenüberliegenden
Seite des Gleichlaufgelenkes wird dessen Innenraum mittels eines
Verschlussdeckels abgeschlossen. Dieser Verschlussdeckel besteht
aus einem Metallwerkstoff, findet im Gelenkaußenteil des Gleichlaufgelenkes
Aufnahme und wird zum äußeren Ringbund
des Gleichlaufgelenkes durch eine Schraubverbindung befestigt.
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Die
beschriebenen bekannten Lösungen sind
sicher geeignet, zum einen ein Abdichten von Gleichlaufgelenken
zu realisieren und zum anderen teilweise auch geeignet, dass in
einem Crashfall die Teile des Gleichlaufgelenkes zerstört werden
und innerhalb der Längswelle
teleskopieren können.
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Nachteilig
bei diesen Lösungen
ist jedoch, dass zu deren Realisierung/Umsetzung hohe technische
und finanzielle Aufwendungen erforderlich sind und sich die teleskopierenden
Teile bei einem Crashfall führungslos
ineinander verschieben.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Dicht- und Sicherungselement
für Gleichlaufgelenke
von Längswellen
derart weiterzuentwickeln, dass sowohl eine Abdichtung von Gleichlaufgelenken
zum Inneren der Längswelle
gewährleistet und
gleichfalls sichergestellt wird, dass in einem Crashfall die zerstörten Funktionselemente
zueinander führend
teleskopieren können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Weitere
Ausgestaltungen und besondere vorteilhafte Lösungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäß geschaffene
Dicht- und Sicherungselement ist ein Kombinationselement, welches
aus einem elastischen sowie verformbaren äußeren Formteil und einem in
dem Formteil integrierten Verschlussdeckel besteht.
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Durch
die Ausbildung des Dicht- und Sicherungselementes und dessen Anordnung
in verschiedenen Übergangsbereichen
vom Außengelenk
eines Gleichlaufgelenkes zu einer angeschlossenen Längswelle
wird die Kombination des Dicht- und Sicherungselementes begründet.
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So
besteht das Formteil des Dicht- und Sicherungselementes aus einem
verformbaren Material, beispielsweise einem Elastomer, welches in
einem gewissen Grad verformbar ist und aufgrund seiner elastischen
Verformbarkeit den gegebenen Bedingungen bei dessen Einsatz zum
Abdichten eines Gleichlaufgelenkes von Längswellen anpassbar ist, da
die Anschlussstellenübergangsbereiche
von einem Gleichlaufgelenk zu einer anzuschließenden Längswelle nicht immer in ihrer äußeren Form
deckungsgleich sind. So sind diese Übergangsbereiche vom Gleichlaufgelenk
zur jeweiligen Längswelle
in zylindrischer Form ausgebildet und besitzen gleich große äußere Abmessungen,
zum anderen kann die Längswelle
in ihrem Anschlussbereich zum Gleichlaufgelenk eine gestülpte Form
besitzen, was wiederum bedeutet, dass die Verbindungsstellen von Längswelle
zum Gleichlaufgelenk in ihren geometrischen Abmaßen gleich sind, aber die Längswelle übergeht
in einen Wellenbereich mit kleinerem Außen- und Innendurchmesser gegenüber dem
Gleichlaufgelenk und dem Anschlussstück der Hohlwelle. Der Einsatz
des vorgestellten Dicht- und Sicherungselementes erfolgt bei diesem
Betriebsfall derart, dass dieses Dicht- und Sicherungselement unmittelbar
im Mittelteil/Übergangsbereich
zwischen dem kleineren Durchmesser und dem größeren Durchmesser der Hohlwelle
angeordnet ist.
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Dies
bedeutet, infolge der Verformbarkeit des Formteiles vom Dicht- und
Sicherungselement erfolgt die Anpassung des Formteiles an die innere Struktur
des Übergangsbereiches
der Längswelle.
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Da
bekannterweise auch einem elastomeren Werkstoff Grenzen gesetzt
sind bezüglich
seiner Verformbarkeit, kann gemäß einer
bevorzugten Ausbildung das Formteil des Dicht- und Sicherungselementes
in seiner äußeren Gestaltung
und seinen Abmaßen
den jeweiligen Bedingungen des Übergangsbereiches
angepasst werden.
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Der
in das Formteil des Dicht- und Sicherungselementes eingesetzte/eingepresste
Verschlussdeckel besteht aus einem metallischen Werkstoff und stellt
somit einen Blechdeckel dar, wobei sich die Ausbildung des Verschlussdeckels
nicht allein auf einen Blechdeckel bezieht, sondern auch andere
Werkstoffe zur Anwendung kommen können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Verschlussdeckel im Formteil des Dicht- und Sicherungselementes
eingepresst, dies derart, dass der Verschlussdeckel mit seinem geschlossenen
Deckelboden in Richtung des Gleichlaufgelenkes weist und auf der
gegenüberliegenden
Seite, der offenen Seite des Verschlussdeckels, liegt dieser mit
seinem äußeren Außenbund
an einem radial ausgerichteten und umlaufenden Ansatz, einer so
genannten Nase, des Formteiles an und ist so in axialer Richtung
zur Hohlwelle positioniert.
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Der
Verschlussdeckel ist im Inneren des Formteiles in verpresster Form
eingebunden, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Verschlussdeckel
und Formteil gegeben ist. Eine formschlüssige Verbindung zwischen diesen
beiden Teilen erfolgt durch deren Formausbildung, durch das Verpressen
des Verschlussdeckels in dem Formteil, da sich der Innenbereich
des Formteiles dem Außenteil
des Verschlussdeckels anpasst und ferner durch den radial ausgerichteten
Ansatz des Formteiles.
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Das
vorgestellte Dicht- und Sicherungselement erfüllt sowohl seine Dichtfunktion
zur Abdichtung des Gleichlaufgelenkes gegenüber der angeschlossenen Hohlwelle
als auch seine Sicherungsfunktion in einem Crashfall. Dies unter
Beachtung dessen, dass bei einem Crashfall die Drehmoment übertragenden
Funktionsteile, die der Längswelle und
des Gleichlaufgelenkes, zueinander teleskopieren sollen, um größere Zerstörungen am
jeweiligen Kraftfahrzeug, aber insbesondere Verletzungen der sich
im jeweiligen Kraftfahrzeug befindlichen Personen zu verhindern.
So ist der Verschlussdeckel in dem Formteil derart angeordnet und
eingepresst, dass das eingesetzte Dicht- und Sicherungselement gleichfalls
als Sollbruchstelle wirkt, wenn es zu einer Zerstörung des
Gleichlaufgelenkes und der Längswelle
kommt.
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In
diesem Fall, wenn der Verschlussdeckel aus dem Formteil herausgedrückt ist,
dient das Formteil zu den teleskopierenden Teilen des Gleichlaufgelenkes
als Führungs-Sicherungselement
während des
Teleskopierens.
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Dabei
ist in Erweiterung der Erfindung das Formteil in Richtung des Gleichlaufgelenkes
mit einer nach innen gerichteten Führungsschräge ausgebildet, welche führend auf
die in das Innere der Hohlwelle teleskopierenden Elemente wirkt
und zusätzlich
sich das Formteil dabei gleichfalls in axialer Richtung im Inneren
der Hohlwelle verschiebt und auch bei dieser Lageveränderung
führend
und sichernd auf die teleskopierenden Funktionsteile einwirkt.
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Mit
dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel soll
die Erfindung näher
erläutert
werden.
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Die
dazugehörige
Zeichnungen zeigt in
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1:
die Ausbildung und Anordnung des Dicht- und Sicherungselementes
im Anschlussbereich einer Längswelle
zu dem Außenteil
eines Gleichlaufgelenkes,
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2:
die Ausbildung und Anordnung eines Dicht- und Sicherungselementes
im Anschlussbereich einer zylindrisch ausgebildeten Längswelle
zum Gelenkaußenteil
eines Gleichlaufgelenkes.
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Das
in der 1 dargestellte Gleichlaufgelenk 7 besteht
aus dem Gelenkaußenteil 11 und
dem Gelenkinnenteil 10, welche mit Laufrillen 13 ausgebildet
sind, in denen die Wälzkörper 12 geführt und
von einem Käfig 15 umschlossen
sind. Über
die in den Laufrillen 13 vorgesehenen Wälzkörper 12 erfolgt eine
Drehmomentübertragung
von einer im Gelenkinnenteil 10 vorgesehenen Antriebswelle
auf das Gelenkaußenteil 11 und
von dort zu der über
eine Schweißung 16 verbundenen
Längswelle 4.
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Die
Abdichtung des Gleichlaufgelenkes 7 erfolgt in Richtung
der Antriebswelle, somit auf der rechten Seite des Gleichlaufgelenkes 7 mittels
eines Faltenbalges, welcher zum Gelenkaußenteil 11 und zur
Antriebswelle verbunden ist. Aus Übersichtsgründen ist die Antriebswelle
hier nicht dargestellt, die Abdichtung in diesem Bereich entspricht
denen der bekannten Lösungen.
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Linksseitig
ist das Gleichlaufgelenk mittels des Dicht- und Sicherungselementes 1 abgedichtet, so
dass das im Inneren des Gleichlaufgelenkes 7 vorhandene
Schmierfett nicht austreten kann, auch dann nicht, wenn infolge
des Betriebes des Gleichlaufgelenkes 7 sich das Schmierfett
erhitzt und somit auch dünnflüssig wird.
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Gleichfalls
wird durch die Anordnung des Dicht- und Sicherungselementes 1 gewährleistet, dass
unerwünschte
Fremdstoffe, welche die Funktionstüchtigkeit des Gleichlauf gelenkes 7 beeinträchtigten
würden,
nicht in das Innere des Gleichlaufgelenkes gelangen können.
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Die
Ausbildung und die Anordnung des Dicht- und Sicherungselementes 1 ist
gleichfalls in der 1 gezeigt, aus der sich ergibt,
dass das Dicht- und Sicherungselement 1 aus einem Formteil 2 und
einem im Formteil 2 eingesetzten Verschlussdeckel 3 besteht,
und das durch das Formteil 2 und den Verschlussdeckel 3 bestehende
Dicht- und Sicherungselement 1 in der Längswelle 4 eingebunden ist.
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Das
Formteil 2 besteht aus einem weitestgehend elastischen,
weichen und verformbaren Material, so aus einem Elastomer, wobei
auch alternative Materialien für
die Herstellung des Formteiles 2 verwendet werden können, welche
aus einem leicht verformbaren metallischen Material oder einem anderen Material
hergestellt sind, die annähernd
die Eigenschaften des Elastomers besitzen.
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Die
werkstoffmäßige Ausbildung
des Formteiles 2 aus einem Elastomer ist dahingehend von Vorteil,
dass unter Beachtung der Toleranzen der Innenabmaße der Längswelle 4 und
der Außenabmaße des Formteiles 2 sowie
der Formgebungen beider Teile in diesem Bereich gewährleistet
wird, dass das Formteil 2 mit dem Verschlussdeckel 3 in
die Längswelle 4 eingepresst
werden kann, sich weitestgehend eine Pressverbindung in diesem Bereich
zwischen der Längswelle 4 und
dem Formteil 2 herausbildet und diese Verbindung zusätzlich gesichert
wird durch den äußeren umlaufenden
Bund 14 des Formteiles 2, welcher im eingepressten
Zustand des Formteiles 2 an dem Mittelteil 5 der
Längswelle 4 anliegt.
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Der
Verschlussdeckel 3 ist in gestufter Form ausgebildet und
besitzt, wie in der 1 gezeigt, zwei äußere Durchmesser,
ist in Richtung des Gleichlaufgelenkes 7 geschlossen ausgebildet
und zum Inneren der Längswelle 4 offen
gestaltet. Die innere Ausbildung des Formteiles 2 entspricht
der äußeren Form
des Verschlussdeckels 3, so dass der Verschlussdeckel 3 sowohl
formschlüssig
als auch kraftschlüssig
mit dem Formteil 2 verbunden ist. Die kraftschlüssige Verbindung
zwischen diesen beiden Teilen wird erzielt, indem die inneren Abmaße des Formteiles 2 durchmesserbezogen
kleiner sind gegenüber den
Außendurchmessern
des Verschlussdeckels 3 und ein Einpressen des Verschlussdeckels 3 durch
die werkstoffmäßige Ausbildung
des Formteiles 2 gewährleistet
ist. Eine zusätzliche
Arretierung erhält
der eingesetzte Verschlussdeckel 3 durch einen umlaufenden
Ansatz 9 des Formteiles 2.
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Das
Formteil 2 ist ferner, wie in der 1 auch gezeigt,
in Richtung des Gleichlaufgelenkes 7 mit einer Führungsschräge 8 ausgebildet,
welche bis auf den eingesetzten Verschlussdeckel 3 verläuft.
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Die
Verbindung zwischen dem Gleichlaufgelenk 7 und der Längswelle 4 erfolgt
im zylindrisch ausgebildeten äußeren linken
Bereich des Gelenkaußenteiles 11 zum
gleichfalls zylindrisch ausgebildeten Anschlussstück 6 der
Längswelle 4 mittels
einer Schweißung 16.
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Die
dargestellte Position des Gelenkinnenteiles 10 nach 1 verdeutlicht,
dass das Gelenkinnenteil 10 auf der äußeren rechten Stirnfläche des Verschlussdeckels 3 anliegt
und bei einer weiteren axialen Krafteinwirkung auf das Gelenkinnenteil 7 würde sich
dieses weiter in Richtung der Längswelle 4 verschieben.
In diesem Fall wird die Sicherungsfunktion des Dicht- und Sicherungselementes 1 wirksam,
da bei dem weiteren Vordringen des Gelenkinnenteiles 10 der
Verschlussdeckel 3 aus seiner Position innerhalb des Formteiles 2 herausgedrückt und
in das Innere der Längswelle 4 verschoben
wird. Durch das Herauspressen/Herausschieben des Verschlussdeckels 3 aus
dem Formteil 2 übernimmt
dieses Formteil 2 die Führung
der teleskopierenden Teile, so dass diese ohne seitliches Ausknicken
in das Innere der Längswelle 4 gelangen
können.
Dies betrifft sowohl das Gelenkinnenteil 10 als auch die
aus den Laufrillen 13 heraustretenden Wälzkörper 12.
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Dabei
ist von Vorteil, dass das Gleichlaufgelenk 7 nahezu kraftlos
in seine Einzelteile zerfällt
und das Dicht- und Sicherungselement 1, welches eben auch
als Sollbruchstelle fungiert, außerhalb des Gleichlaufgelenkes 7 liegt,
so dass, abgesehen von der Zerstörung
des Dicht- und Sicherungselementes 1, weitestgehend ein
ungehindertes Teleskopieren der im Crashfall verschobenen Funktionsteile
ermöglicht
wird und dies in der Gesamtheit positiv auf den gesamten Teleskopierprozess
wirkt.
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In
der 2 ist eine Ausführungsvariante der Ausbildung
des Dicht- und Sicherungselementes 1 sowie seiner Anordnung
im Inneren einer Längswelle 4 dargestellt.
Gezeigt ist in der 2 ein Gleichlaufgelenk 7,
analog dem Gleichlaufgelenk 7 nach 1, zu dessen
Gelenkaußenteil 11 eine
glatte zylindrische Längswelle 4 ohne
ein besonders gestaltetes Mittelteil über die Schweißung 16 verbunden
ist.
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Wie
gezeigt, besteht das Dicht- und Sicherungselement 1 analog
dem ersten Ausführungsbeispiel
aus dem Formteil 2, in dem der Verschlussdeckel 3 eingesetzt
ist. Das Formteil 2 besitzt linksseitig den äußeren umlaufenden
Ansatz 9, an dem der Verschlussdeckel 3 zum Anliegen
kommt und in Richtung des Gleichlaufgelenkes 7 die Führungsschräge 8 vorgesehen
ist.
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Unter
Beachtung der durchgehenden zylindrischen Ausbildung der Längswelle 4 ist
der äußere Umfang
des Formteiles 2 entsprechend angepasst und gleichfalls über seine
gesamte Breite zylindrisch ausgebildet.
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Die
Einbindung und Positionierung des Dicht- und Sicherungselementes 1 erfolgt
analog wie bereits oben beschrieben, indem das Dicht- und Sicherungselement 1 über den äußeren Durchmesser des
Formteiles 2 zum Innendurchmesser der Längswelle 4 pressend
eingesetzt ist, was zum einen realisiert wird durch die Elastizität des Materials,
aus dem das Formteil 2 hergestellt ist und zum anderen
durch die durchmesserbezogene Abhängigkeit des Innendurchmessers
der Längswelle 4 und
des Außendurchmessers
vom Formteil 2.
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Die
Innenstruktur des Formteiles 2 ist, wie auch in 1 gezeigt,
der äußeren Form
des Verschlussdeckels 3 angepasst, so dass diese form-
und kraftschlüssig
in das Formteil 2 einsetzbar ist, somit die beiden Teile
des Dicht- und Sicherungselementes deckungsgleiche Formstrukturen
besitzen.