DE102008054122A1 - Selbst reparierender Balg für ein Gleichlaufdrehgelenk - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Balganordnung für ein Gelenk bereitgestellt, die eine innere Schicht und eine äußere Schicht umfasst. Die innere Schicht ist aus einem ersten Werkstoff und die äußere Schicht aus einem zweiten Werkstoff hergestellt, der sich von dem ersten Werkstoff unterscheidet. Die äußerste Schicht de der zweite Werkstoff umfasst ein selbstreparierendes Polymer.
Description
- Diese Anmeldung ist keine vorläufige Anmeldung und sie beansprucht, die Priorität aus der U. S. Nr. 60/984,554, die am 1. November 2007 eingereicht wurde und die in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen ist.
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindungsoffenbarung bezieht sich auf Balgabdeckanordnungen und insbesondere eine Balganordnung, die aus wenigstens zwei unterschiedlichen Werkstoffen aufgebaut ist.
- Hintergrund
- Gelenke und insbesondere Gleichlaufdrehgelenke dienen dazu, Drehmomente zwischen zwei Rotationselementen zu übertragen. Die Rotationselemente sind üblicherweise durch einen Käfig oder eine Gabel miteinander verbunden, die ermöglichen, dass die Rotationselemente mit ihren jeweiligen Achsen unter einem relativen Winkel zueinander laufen können. Gleichlaufdrehgelenke und ähnliche Drehkupplungen umfassen üblicherweise eine Balgabdeckanordnung, um die Kupplung während des Betriebs zu umschließen und zu schützen. Die Balgabdeckanordnung ist teilweise flexibel und kann daher das Gelenk umschließend abdichten, während eine Abwinklung und relative axiale Bewegung des Gelenks ermöglicht werden. Die Balgabdeckanordnung schließt den Schmierstoff in dem Gelenk ein, um Reibung zu verringern und die Lebensdauer des Gelenks zu erhöhen. Die Balgabdeckanordnung dichtet auch gegen Schmutz, Wasser und andere Verschmutzungen ab, um die Funktion des Gelenks zu schützen. Leckagen in der Balgabdeckanordnung können daher die Lebensdauer des Gelenks verringern und Verschmutzungen in dem Fett können die chemische Zusammensetzung des Fetts stören, was zu einer Verschlechterung seiner Betriebseigenschaft führt.
- Ein signifikanter Anteil von Gleichlaufdrehgelenkausfällen wird tatsächlich durch Schäden des Balgs hervorgerufen. Der Balg kann beispielsweise aufgrund eines Aufpralls von Verschmutzungspartikeln, beispielsweise von Steinen oder Zweigen, von außen her aufreißen oder aufplatzen. Alternativ reißt der Balg manchmal aufgrund Ermüdung, die durch hohe Belastungen auftritt, die an dem Balgwerkstoff anliegen, wenn das Gelenk unter großen Winkeln betrieben wird. Wenn der Balg reißt oder bricht, tritt Schmiermittel, das in dem Gelenk angeordnet ist, aus und verursacht Korrosion oder Ausfall des Gelenks.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1A ist eine Teillängsschnittsansicht eines Gelenkes, das eine Gelenkanordnung und eine Balganordnung umfasst, -
1B ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A von1 , der einen Riss in einer äußersten Schicht des Balgs aufweist, -
1C ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A von1 , nachdem der Riss sich selbst repariert hat, -
2A ist eine Teillängsschnittsansicht einer Ausführungsform des Balgs von1 , -
2B ist eine weitere Teillängsschnittsansicht einer Ausführungsform des Balgs von1 , -
3 ist wiederum eine weitere Ausführung des Balgs von1 , -
4A ist eine alternative Ausführungsform des Gelenks und des Balgs, -
4B ist eine Teillängsschnittsansicht eines Endabschnitts des Balgs von4A , -
4C ist eine Teillängsschnittsansicht einer alternativen Ausführung des Endabschnitts des Balgs von4A , und -
4D ist eine Teillängsschnittsansicht einer alternativen Ausführung des Endabschnitts des Balgs von4A . - Detaillierte Beschreibung
- Beispielhafte Darstellungen sind nachfolgend beschrieben. Im Sinne der Klarheit sind nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Ausführungsform in dieser Beschreibung beschrieben. Es versteht sich, dass bei der Entwicklung einer solchen tatsächlichen Ausführung viele ausführungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers, wie zum Beispiel Einhaltung von systemspezifischen und geschäftsspezifischen Einschränkungen, die von einer Ausführungsform zur anderen variieren, zu erreichen. Ferner versteht es sich, dass solch ein Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig ist, jedoch eine Routine für solch einen Fachmann darstellen würde, der den Vorteil dieser Offenbarung nutzt.
- Gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungen, die hierin beschrieben sind, ist eine Balganordnung für ein winkelbewegliches Gelenk vorgesehen, die eine innere Schicht und eine äußerste Schicht umfasst. Die innere Schicht ist aus einem ersten Werkstoff hergestellt. Die äußerste Schicht ist aus einem zweiten Werkstoff hergestellt, der sich von dem ersten Werkstoff unterscheidet, wobei der zweite Werkstoff ein selbst-reparierend wirkendes Polymer umfasst. Die äußerste Schicht deckt wenigstens teilweise die innere Schicht ab.
-
1A zeigt ein Gelenk20 , das ein angetriebenes Ende22 und ein Antriebsende24 aufweist, wobei jedoch zu vermerken ist, dass das angetriebene Ende22 auch das Antriebsende und das Antriebsende24 auch das angetriebene Ende sein kann. Das Gelenk20 umfasst ferner eine Gelenkanordnung26 , die mit einer Welle28 verbunden ist. Eine Balganordnung30 ist zwischen der Gelenkanordnung26 und der Welle28 befestigt. Eine Fettabdeckung32 dichtet das angetriebene Ende22 des Gelenks20 ab. Die Gelenkanordnung26 umfasst ein Außenteil42 , ein Innenteil44 und eine Mehrzahl von Kugeln46 . Die Balganordnung30 dient zum Schutz der sich bewegenden Teile des Gelenks20 . Wie dargestellt, ist die Welle28 mit dem Innenteil44 in Verzahnungseingriff. Es ist zu vermerken, dass, obwohl in1A die Gelenkbaugruppe26 als Gleichlaufgelenk dargestellt ist, jegliche Art von Drehgelenk, beispielsweise ein Tripodeverschiebegelenk, ein Tripodefestgelenk, ein Kugelschiebegelenk oder ein Kugelfestgelenk, aber nicht darauf beschränkt, genutzt werden kann. - Die Balganordnung
30 umfasst einen profilierten Rotationskörper, der ein kleines Ende54 , ein großes Ende56 , einen Mittelabschnitt58 und einen Kurvenabschnitt60 umfasst. Wie in1A dargestellt, ist das kleine Ende54 mit der Welle28 verbunden und das große Ende56 mit einer Metallabdeckung34 verbunden, die mit dem Außenteil42 verbunden ist. Bei einem Beispiel kann das kleine Ende54 mit der Welle28 durch eine herkömmliche Schlauchklemme verbunden werden. Bei einem Beispiel ist ferner das große Ende56 an die Metallabdeckung34 angecrimpt. - Bei der Darstellung gemäß
1A ist die Balganordnung30 ein Rollbalg, der wenigstens zwei unterschiedliche Schichten aufweist, die eine innere Schicht50 und eine äußerste Schicht52 sind. Die innere Schicht50 ist aus einem ersten Werkstoff54 hergestellt und die äußerste Schicht52 ist aus einem zweiten Werkstoff56 hergestellt. Der erste Werkstoff54 unterscheidet sich von dem zweiten Werkstoff56 . Und zwar ist der zweite Werkstoff56 ein selbst-reparierendes Polymer. Der erste Werkstoff54 ist ein beliebiger schmiermittelkompatibler Werkstoff, wie beispielsweise ein hydrierter Nitril- Butadien-Kautschuk (HNBR, hydrogenated visible butadiene rubber), aber nicht darauf beschränkt. - Die äußerste Schicht
52 dient als Schutzschild für die innere Schicht50 , wobei die innere Schicht50 vor Rissen in der Balganordnung30 geschützt wird, die durch Fremdkörper oder Ermüdung, die nachfolgend im Detail beschrieben werden, hervorgerufen werden. Da die innere Schicht50 aus einem schmiermittelkompatiblen Werkstoff54 hergestellt ist, schützt die innere Schicht50 die äußerste Schicht52 vor dem Kontakt mit Schmiermitteln des Gelenks20 . Das selbst-reparierende Polymer56 braucht daher nicht schmiermittelkompatibel zu sein, da die innere Schicht50 die äußerste Schicht52 abdeckt.1A zeigt die innere Schicht50 vollständig mit der äußersten Schicht in Kontakt stehend. Es ist anzumerken, dass, obwohl in1A die innere Schicht50 vollständig von der äußersten Schicht52 abgedeckt dargestellt ist, nur ein Abschnitt der inneren Schicht50 mit einem Abschnitt der äußersten Schicht52 in Kontakt zu stehen braucht. Bei einem weiteren Beispiel kann eine Zwischenschicht (nicht dargestellt) zwischen der inneren Schicht50 und der äußersten Schicht52 angeordnet sein. -
1B ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des ersten Werkstoffs54 und des zweiten Werkstoffs56 . Der zweite Werkstoff56 , der ein selbst reparierendes Polymer ist, umfasst sowohl eine Mehrzahl von Mikrokapseln70 als auch eine Mehrzahl von Katalysatorkugeln72 . Die Mikrokapseln70 umfassen ein Heilmittel78 , und die Katalysatorkugeln72 umfassen einen Katalysator82 , der die Polymerisation auslöst, wenn er mit dem Heilmittel vermischt wird. In1B ist ein Riss74 , der sich in einer Außenfläche76 der Balganordnung30 ausbildet, gezeigt. Wie in1C dargestellt, brechen, wenn der Riss74 wächst und sich über die Außenfläche76 ausbildet, die Mikrokapseln70 und die Katalysatorkugeln72 auf, wodurch das Heilmittel78 sowie der Katalysator82 freigesetzt werden. Wenn sie freigesetzt sind, mischt sich das Heilmittel78 mit dem Katalysator82 und führt zur Polymerisation, die den Riss74 durch Verbinden schließt. - Bei einer Ausführungsform können die selbst-reparierenden Polymerheileigenschaften bei einer angehobenen Temperatur von ungefähr 120°F (49°C) aktiviert werden. Solch eine durch Wärme aktivierte Eigenschaft kann vorteilhaft sein, da die Balganordnung
30 an der Unterseite eines Kraftfahrzeugs und normalerweise nahe eines Abgassystems des Fahrzeugs (nicht dargestellt) angeordnet ist. Die Gelenkanordnung26 erzeugt auch Wärme. Wenn die Balganordnung30 erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist, wird der Repariervorgang des selbst-reparierenden Polymers ausgelöst. - Der Riss
74 bildet sich, wenn die Balganordnung30 steinigen Partikeln und Ermüdungen aufgrund hoher Belastungen ausgesetzt ist, die anliegen, wenn das Gelenk20 unter großen Winkeln arbeitet. Da die äußerste Schicht52 aus einem selbst-reparierenden Polymer hergestellt ist, werden jegliche Risse74 irgendwann von selbst repariert. Daher ist die innere Schicht50 vor äußeren Einwirkungen geschützt und jegliche Risse74 , die aufgrund Steinpartikeln und Ermüdungserscheinungen erzeugt werden, können nur in der äußersten Schicht52 auftreten. -
2A ist eine detaillierte Schnittdarstellung der Balganordnung30 . Wenigstens ein Abschnitt der inneren Schicht50 und wenigstens ein Abschnitt der äußersten Schicht52 sind in einem Verbindungsbereich84 miteinander verbunden. Der Verbindungsbereich84 ist eine beliebige Zwischenfläche, die im Stande ist, die innere Schicht50 an der äußersten Schicht52 zu befestigen. Bei einem Beispiel kann der Verbindungsbereich84 eine Klebefläche sein. Alternativ kann der Verbindungsbereich auch eine haftende Zwischenfläche sein. Bei der Ausführungsform, die in2A dargestellt ist, erstreckt sich der Verbindungsbereich84 nur über einen Abschnitt der inneren und der äußersten Schicht50 und52 . Alternativ kann sich der Verbindungsbereich84 über die gesamte Länge der inneren und der äußersten Schicht50 und52 , wie in2B gezeigt, erstrecken. - Bei der gezeigten Darstellung umfasst die Balganordnung
30 die innere Schicht50 und die äußerste Schicht52 , die eine im allgemeinen gleichmäßige Dicke aufweisen. Die innere Schicht50 weist eine innere Dicke T1 und die äußerste Schicht52 eine äußere Dicke T2 auf. Es ist jedoch anzumerken, dass die innere Schicht50 und die äußerste Schicht52 auch eine ungleiche Dicke aufweisen können. -
2A zeigt, dass die innere Dicke T1 gleich der äußeren Dicke T2 ist. Obwohl in2A gezeigt ist, dass die innere Schicht50 und die äußerste Schicht52 die gleiche Dicke aufweisen, kann jede der Schichten50 und52 auch eine unterschiedliche Dicke aufweisen.2A zeigt, dass die äußerste Schicht52 die innere Schicht50 teilweise abdeckt. Es ist anzumerken, dass die äußerste Schicht52 die innere Schicht50 auch vollständig abdecken kann. -
3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Balganordnung130 . Bei der gezeigten Ausführung umfasst die Balganordnung130 eine Zwischenschicht184 . Die Zwischenschicht184 ist zwischen der inneren Schicht150 und der äußersten Schicht152 angeordnet und bei einem Beispiel kann die Zwischenschicht184 tatsächlich mehrere Schichten umfassen. - Ferner kann die Zwischenschicht
184 zwischen die innere Schicht150 und die äußerste Schicht152 eingewebt sein. Die Zwischenschicht184 ist vorgesehen um der Balganordnung130 eine weitere Schutzschicht hinzuzufügen. Die Zwischenschicht184 kann aus einem beliebigen Werkstoff hergestellt sein, der eine zusätzliche Schutzschicht zu der Balganordnung130 hinzufügen kann, beispielsweise ein gewebter Plastikwerkstoff oder ein textiler Werkstoff, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. -
4A zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Balganordnung230 , die einen zweischichtigen Faltenbalg aufweist. Die Balganordnung230 ist auch zur Verwendung vorgesehen, bei dem eine innere Rollmembran nicht gewünscht ist, wie bei einem Festgelenk. Die Balganordnung230 umfasst wenigstens eine innere Schicht250 und eine äußerste Schicht252 . Die Balganordnung230 umfasst ferner ein kleines Ende254 und ein großes Ende 256. Bei der dargestellten beispielhaften Ausführungsform werden das kleine Ende254 und das große Ende256 festgeklemmt. -
4B ist eine vergrößerte Ansicht entweder des kleinen Endes254 oder des großen Endes256 . Bei der dargestellten Ausführungsform ist die innere Schicht250 nicht der Außenumgebung exponiert und wird durch die äußerste Schicht252 vollständig abgedeckt. D. h., die äußerste Schicht252 erstreckt sich vollständig über die innere Schicht250 und kontaktiert auch eine Außenfläche290 der Welle228 oder der Metallabdeckung234 . - Bei einer alternativen Ausführungsform, wie in
4C dargestellt, ist vom kleinen Ende254 oder vom großen Ende256 nur die äußerste Schicht352 zur Außenseite freiliegend und die innere Schicht350 ist nur zur Außenfläche290 der Welle228 oder der Metallabdeckung234 exponiert. D. h., die innere Schicht350 ist nicht zur Außenseite freiliegend.4D zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des kleinen Endes254 oder des großen Endes256 . Die innere Schicht450 ist zur Außenumgebung aber nur an einer Kante freigelegt, an der der Faltenbalg230 endet, und zwar an beiden Enden. Bei dieser Anordnung ist die äußerste Schicht452 weder zur Welle228 noch zur Metallabdeckung234 freiliegend. - Die vorliegende Offenbarung wurde insbesondere unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Ausführungsformen dargestellt und beschrieben, die jeweils nur die besten Ausführungsformen zur Verwirklichung der Offenbarung veranschaulichen. Es sollte von den Fachleuten verstanden werden, dass verschiedene Alternativen zu den Ausführungsformen der Offenbarung, die hierin beschrieben wurden, bei der Umsetzung der Offenbarung in die Praxis genutzt werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken und Schutzbereich der Offenbarung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, abzuweichen. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche den Schutzbereich der Offenbarung definieren und dass das Verfahren und die Vorrichtung vom Schutzbereich dieser Ansprüche und ihrer Äquivalenzen abgedeckt sind. Diese Beschreibung der Offenbarung sollte so verstanden werden, dass alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen der Elemente, die hierin beschrieben sind, umfasst sind und Ansprüche in dieser oder einer späteren Anmeldung zu irgendeiner neuen und nicht offensichtlichen Kombination dieser Elemente vorgelegt werden können. Ferner sind die oben beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft und kein einzelnes Merkmal oder Element ist für alle möglichen Kombinationen essentiell, die in dieser oder späteren Anmeldung beansprucht werden können.
Claims (20)
- Eine Balganordnung für ein Gelenk umfassend eine innere Schicht, die aus einem ersten Werkstoff hergestellt ist, und eine äußerste Schicht, die aus einem zweiten Werkstoff hergestellt ist, der sich von dem ersten Werkstoff unterscheidet, wobei die äußerste Schicht wenigstens teilweise die innere Schicht abdeckt, und der zweite Werkstoff ein selbst reparierendes Polymer umfasst.
- Balganordnung gemäß Anspruch 1, wobei die innere Schicht mit wenigstens einem Abschnitt der äußersten Schicht in Kontakt steht.
- Balganordnung gemäß Anspruch 1, wobei die äußerste Schicht die innere Schicht vollständig abdeckt.
- Balganordnung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Werkstoff ein zu Fett kompatibler Werkstoff ist.
- Balganordnung gemäß Anspruch 1, wobei das selbst reparierende Polymer ferner eine Mehrzahl von Heilmitteln umfasst, die als Mikrokapseln und einer Mehrzahl von Katalysatorkugeln gestaltet sind.
- Balganordnung gemäß Anspruch 5, wobei die Mehrzahl von Mikrokapseln und Katalysatorkugeln in dem zweiten Werkstoff wahllos verteilt sind.
- Balganordnung gemäß Anspruch 1, wobei das selbst-reparierende Polymer der äußersten Schicht durch Wärme aktivierbar ist, wenn es einer vorbestimmten Temperatur derart ausgesetzt wird, dass der selbst-reparierende Vorgang der äußersten Schicht ausgelöst wird.
- Balganordnung gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens ein Abschnitt der inneren Schicht und wenigstens ein Abschnitt der äußersten Schicht in einem Verbindungsbereich miteinander verbunden sind.
- Balganordnung gemäß Anspruch 8, wobei der Verbindungsbereich eine Klebezwischenfläche oder eine Haftzwischenfläche ist.
- Balganordnung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend wenigstens eine Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht zwischen der inneren Schicht und der äußersten Schicht angeordnet ist.
- Balganordnung gemäß Anspruch 10, wobei die Zwischenschicht ein gewebter Plastikwerkstoff oder textiler Werkstoff ist.
- Balganordnung gemäß Anspruch 10, wobei die Zwischenschicht ferner aus einer Mehrzahl von Schichten aufgebaut ist.
- Balganordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Balgabdeckung wenigstens einen Endabschnitt umfasst, und die innere Schicht teilweise an dem Endabschnitt freigelegt ist.
- Balganordnung für ein Gelenk umfassend eine innere Schicht, die aus einem ersten schmiermittelkompatiblen Werkstoff hergestellt ist, und eine äußerste Schicht, die aus einem zweiten Werkstoff hergestellt ist, der sich von dem ersten Werkstoff unterscheidet, wobei die innere Schicht mit wenigstens einem Abschnitt der äußersten Schicht in Kontakt steht, wobei die äußerste Schicht wenigstens teilweise die innere Schicht abdeckt und der zweite Werkstoff ein selbst-reparierendes Polymer umfasst.
- Balganordnung gemäß Anspruch 14, wobei die äußerste Schicht die innere Schicht vollständig abdeckt.
- Balganordnung gemäß Anspruch 14, wobei das selbst-reparierende Polymer ferner eine Mehrzahl von Heilmitteln umfasst, die als Mikrokapseln und einer Mehrzahl von Katalysatorkugeln gestaltet sind.
- Balganordnung gemäß Anspruch 16, wobei die Mehrzahl von Mikrokapseln und Katalysatorkugeln in dem zweiten Werkstoff wahllos verteilt sind.
- Balganordnung gemäß Anspruch 14, wobei das selbst reparierende Polymer der äußersten Schicht durch Wärme aktiviert wird, wenn es einer vorbestimmten Temperatur derart ausgesetzt wird, dass der selbst-reparierende Vorgang der äußersten Schicht ausgelöst wird.
- Balganordnung gemäß Anspruch 14, ferner umfassend wenigstens eine Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht zwischen der inneren Schicht und der äußersten Schicht angeordnet ist.
- Balganordnung gemäß Anspruch 14, wobei die Zwischenschicht ein gewebter Plastikwerkstoff oder ein textiler Werkstoff ist.
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