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Die
Erfindung betrifft ein Kugelhülsengelenk nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Derartige
Kugelhülsengelenke werden insbesondere in Kraftfahrzeugen
zur dreh- und schwenkbaren Verbindung wenigstens zweier Bauteile
in einer Radaufhängung verwendet. Kugelhülsengelenke
weisen einen größeren Schwenkbereich auf, als
beispielsweise Elastomerlager, wobei Elastomerlager jedoch Vorteile
bei der Dämpfung auftretender Schwingungen zeigen. Es gibt
auch Lösungsansätze, bei denen versucht wurde,
beide Vorteile miteinander zu kombinieren. So ist aus der
DE 10 2007 016 172
A1 ein Kugelhülsengelenk bekannt, dessen mit einem
kugeligen Lagerabschnitt versehener Hülsenzapfen mittels
einer Lagerschale dreh- und schwenkbar in einem Gehäuse
gelagert ist. Zum Schutz der inneren Gelenkbauteile vor dem Eindringen
von Feuchtigkeit oder Verunreinigungen dient ein gleichzeitig zur
Schwingungsdämpfung verwendeter Dichtungsbalg, der über
Randbereiche verfügt, die dichtend an der Außenoberfläche
des Hülsenzapfens angesetzt sind. Zur Verbesserung der
Abdichtung sind hier zusätzlich Spannringe als Spannelemente
erforderlich, die auf den Randbereich des Dichtungsbalges aufgesetzt
werden und diesen gegen die Oberfläche des Hülsenzapfens
pressen. Nachteilig ist neben dem hierfür erforderlichen
Material- und Herstellungsaufwand auch die notwendige Montage der
Spannringe.
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Aus
der
DE 101 60 990
B4 geht ebenfalls ein Kugelhülsengelenk hervor,
bei dem der Hülsenzapfen mehrteilig ausgeführt
ist, wobei in den kugeligen Lagerabschnitt koaxial zwei Zapfen eingeführt
werden. Bei dieser Ausführungsform verfügt das
Kugelhülsengelenk über zwei Dichtungsbälge,
die baugleich ausgeführt werden, jedoch an dem Kugelhülsengelenk
spiegelbildlich montiert sind und die jeweils über zwei
unterschiedliche Randbereiche verfügen. Der am Hülsenzapfen
anliegende, erste Randbereich des Dichtungsbalges wird in der zuvor bereits
beschriebenen Weise mittels eines Spannringes befestigt, um eine
ausreichende Abdichtung zu gewährleisten. Der diesem ersten
Randbereich gegenüberliegende, zweite Randbereich des Dichtungsbalges
ist an einen Ring anvulkanisiert. Dieser Ring wird in eine im Gehäuse
vorhandene Aufnahme des Kugelhülsengelenkes eingesetzt
und durch die Verformung eines Teils des Gehäuses darin
fixiert. Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Gehäuse
und dem Ring des Randbereiches des Dichtungsbalges wird ferner vorgeschlagen,
dass der Ring zumindest teilweise mit dem Werkstoff des Dichtungsbalges überzogen
ist. Somit ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen
dem Ring und dem Dichtungsbalg gegeben. Auch bei dieser Lösung
ist es nachteilig, dass zumindest ein Randbereich jedes Dichtungsbalges
mittels eines Spannringes befestigt werden muss, weil neben dem
für die Spannringe erforderlichen Materialaufwand auch
die Montage zu einer Erhöhung der Herstellungskosten des
Kugelhülsengelenkes führt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelhülsengelenk
bereitzustellen, das insgesamt sehr einfach aufgebaut ist und bei
optimaler Abdichtung eine vereinfachte Montage aufweist.
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Gelöst
wird diese Aufgabenstellung mit den technischen Merkmalen des Patentanspruches
1.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den sich anschließenden
Unteransprüchen wiedergegeben.
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Ein
Kugelhülsengelenk mit einem Hülsenzapfen, einem
an dem Hülsenzapfen vorhandenen kugeligen Lagerabschnitt,
einem auf dem kugeligen Lagerabschnitt mittels einer Lagerschale
dreh- und schwenkbar gelagerten Gehäuse und wenigstens
einem Dichtungsbalg mit zwei zur Abdichtung geeigneten Randbereichen
wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet,
dass zumindest ein Randbereich des Dichtungsbalges um eine Stirnseite
des Hülsenzapfens herumgeführt ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung wurden überraschenderweise
gleich mehrere sehr wesentliche Vorteile erzielt. Einerseits ist
ein derartig ausgestattetes Kugelhülsengelenk in seinem
Aufbau insgesamt vereinfacht ausgeführt. Die zur Befestigung
der Randbereiche bislang erforderlichen Spannelemente oder Spannringe
können gänzlich entfallen. Damit reduzieren sich
auch die für die Montage des Kugelhülsengelenkes
notwendigen Aufwendungen.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Herumführen
des Randbereiches des Dichtungsbalges um die Stirnseite des Hülsenzapfens
eine Körperschall- und Schwingungsisolierung erreicht wird.
Durch diese Maßnahme besteht nämlich kein unmittelbarer
Kontakt mehr zwischen dem das Kugelhülsengelenk aufnehmenden
Bauteil und dem Hülsenzapfen. Damit konnte zusätzlich
eine Verbesserung der Komforteigenschaften erreicht werden.
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Eine
Befestigungsbohrung ist bei den meisten Hülsenzapfen als
Durchgangsbohrung ausgeführt und nimmt später
beispielsweise einen Befestigungsbolzen auf, sodass eine erste Ausgestaltung der
Erfindung darin besteht, dass der um die Stirnseite des Hülsenzapfens
herumgeführte erste Randbereich des Dichtungsbalges in
der im Hülsenzapfen vorhandenen Befestigungsbohrung endet.
Durch diese Maßnahme wird der Randbereich des Dichtungsbalges
vollständig und nicht nur teilweise um die Stirnseite des
Hülsenzapfens herumgeführt. Damit kann die Körperschall-
und Schwingungsisolierung verbessert und bei eingebautem Kugelhülsengelenk ein
Festsitz des Randbereiches des Dichtungsbalges auch in extremen
Situationen gewährleistet werden.
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Zur
Wirkungsverbesserung wird ferner vorgeschlagen, dass der erste Randbereich
des Dichtungsbalges unter einer Vorspannung sowohl an der Stirnseite
des Hülsenzapfens anliegt als auch unter einer Vorspannung
in der Befestigungsbohrung des Hülsenzapfens endet. Auf
diese Weise wird eine optimierte Dichtung gebildet.
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Bei
einem Kugelhülsengelenk nach der Erfindung wird bevorzugt
der erste Randbereich des Dichtungsbalges klemmend zwischen der
Stirnseite des Hülsenzapfens und einem das Kugelhülsengelenk
aufnehmenden Bauteil eingesetzt. Dadurch kann eine Steigerung der
Dichtungswirkung erreicht werden, da nicht nur aus dem Elastomermaterial
des Dichtungsbalges heraus, sondern auch durch die Wirkung angrenzender
Bauteile auf Teile des Dichtungsbalges eine Abdichtung erreicht
wird.
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Eine
spezielle Ausführungsvariante eines Dichtungsbalges für
ein erfindungsgemäßes Kugelhülsengelenk
besteht darin, dass der erste Randbereich des Dichtungsbalges einen
Klemmring aufweist. Dieser kann als hohler Kreiszylinder oder im Querschnitt
L-förmig ausgeführt sein. Er wird auf den Befestigungsbolzen
aufgeschoben, der zur Montage des Kugelhülsengelenkes in
die Befestigungsbohrung des Hülsenzapfens eingeführt
wird und dient beispielsweise dazu, Beschädigungen des
Randbereiches des Dichtungsbalges zu vermeiden. Zudem ergibt sich
eine Montagevereinfachung. Von besonderem Vorteil ist es auch, wenn
der Klemmring stoffschlüssig an dem Dichtungsbalg befestigt
ist, also zum Beispiel bereits bei der Herstellung des Dichtungsbalges
in diesen integriert wird.
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Der
zweite Randbereich des Dichtungsbalges liegt gemäß einem
weitergehenden Vorschlag dichtend an dem Gehäuse an oder
er ist dichtend mit dem Gehäuse verbunden.
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Um
die Spannringmontage zu vermeiden ist es von Vorteil, wenn der zweite
Randbereich des Dichtungsbalges eine stoffschlüssige Verbindung
mit einem in eine korrespondierende Nut des Gehäuses eingesetzten
Ring aufweist.
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Ein
derartiger Ring lässt sich innerhalb des Gehäuses
auf einfache Weise fixieren, indem beispielsweise ein Randbereich
des Gehäuses umgeformt wird. Diese Art der Befestigung
des Randbereiches des Dichtungsbalges ist einfach und zuverlässig.
Wird darüber hinaus ein Teil des Werkstoffes des Dichtungsbalges
um den Ring herum angeordnet, so kann damit die Dichtungswirkung
noch weiter verbessert werden, weil auf diese Weise eine zusätzliche
Dichtung geschaffen wird. Ein derartiges Kugelhülsengelenk
zeichnet sich durch eine sehr lange Lebensdauer und seine einfache,
robuste Bauweise aus. Spannelemente oder Spannringe sind für
einen derartigen Dichtungsbalg nicht mehr erforderlich.
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Eine
Optimierung der Montage und Befestigung des Kugelhülsengelenkes
wird durch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung erreicht, die
darin besteht, dass der um die Stirnseite des Hülsenzapfens
herumgeführte erste Randbereich des Dichtungsbalges einen
zu seinem offenen Ende hin abnehmenden Querschnitt aufweist. Diese
Ausführung des ersten Randbereiches des Dichtungsbalges
ist deshalb von Vorteil, weil bei der Montage, das heißt, bei
dem Einsetzen des Kugelhülsengelenkes in ein dieses aufnehmendes
Bauteil ein Befestigungsbolzen in die Befestigungsbohrung des Hülsenzapfens eingeführt
wird. Durch die Gestaltung des Randbereiches mit abnehmendem Querschnitt
kann dabei eine mechanische Beschädigung des Randbereiches durch
den Befestigungsbolzen vermieden werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Kugelhülsengelenkes kann darin bestehen, dass dieses zwei
baugleiche Dichtungsbälge aufweist, die koaxial und spiegelbildlich
zueinander zwischen Gehäuse und Hülsenzapfen angeordnet
sind und deren erste Randbereiche um je eine Stirnseite des Hülsenzapfens
herum und schlauchartig bis in die Befestigungsbohrung des Hülsenzapfens
hineingeführt sind. Durch die schlauchartige Ausführung
des in die Befestigungsbohrung des Hülsenzapfens hinein
geführten Randbereiches des Dichtungsbalges passt sich
dieser Randbereich optimal der Befestigungsbohrungsoberfläche
an.
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Für
den Fall der Verwendung eines erfindungsgemäßen
Kugelhülsengelenkes in einem Kraftfahrzeug wird ferner
vorgeschlagen, dass der Hülsenzapfen in einem Achsträger
und das Gehäuse des Kugelhülsengelenkes in einem
mit dem Achsträger korrespondierenden Lenker eines Kraftfahrzeuges
aufgenommen sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele
stellen keine Einschränkung auf die dargestellten Varianten
dar, sondern dienen lediglich der Erläuterung eines Prinzips der
Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise
veranschaulichen zu können, ist in den Figuren nur eine
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
zeigen:
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1:
einen Schnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes
Kugelhülsengelenk,
und
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2:
ausschnittsweise einen Schnitt durch eine weitere Ausführung
eines Kugelhülsengelenkes.
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In
der 1 ist ein Kugelhülsengelenk beispielhaft
und teilweise im Schnitt dargestellt. Dieses weist zunächst
einen Hülsenzapfen 1 auf. Der Hülsenzapfen 1 verfügt
etwa mittig über einen kugeligen Lagerabschnitt 2,
wobei der Hülsenzapfen 1 und der kugelige Lagerabschnitt 2 hier
einstückig ausgebildet sind. Zur Lagerung eines Gehäuses 4 ist
in das Gehäuse 4 eine Lagerschale 3 aus
einem Kunststoff eingesetzt. Die Lagerschale 3 gleitet
auf der Oberfläche des kugeligen Lagerabschnittes 2 des
Hülsenzapfens 1. Somit ist das Gehäuse 4 dreh-
und schwenkbar auf dem kugeligen Lagerabschnitt 2 des Hülsenzapfens 1 gelagert.
Zur Abdichtung der Gelenkbauteile verfügt das dargestellte
Kugelhülsengelenk über zwei Dichtungsbälge 5 und 6.
Diese sind baugleich ausgeführt, jedoch mit einem Abstand
und spiegelbildlich zueinander montiert. Die Dichtungsbälge 5 und 6 weisen
jeweils einen ersten Randbereich 7, 8 und einen
zweiten Randbereich 9, 10 auf. Die erfindungsgemäße
Besonderheit besteht darin, dass der jeweilige erste Randbereich 7, 8 der
Dichtungsbälge 5, 6 vollständig
um je eine Stirnseite 11 beziehungsweise 12 des
Hülsenzapfens 1 herumgeführt ist, sodass
das schlauchartige Ende des Randbereiches 7, 8 bis
in die Befestigungsbohrung 13 des Hülsenzapfens 1 hineinragt.
Zu ihrem offenen Ende hin weisen die Randbereiche 7 und 8 einen
sich reduzierenden Querschnitt auf. Dieser reduzierte Querschnitt
erleichtert das Einführen eines Befestigungsbolzen 18,
der die Befestigungsbohrung 13 des Hülsenzapfens 1 vollständig
durchsetzt, so dass das Kugelhülsengelenk in eine Aufnahme
eines Achsträgers 21 eingesetzt werden kann, wobei
die Verschraubung des Befestigungsbolzen 18 mittels einer
Befestigungsmutter 19 erfolgt. Die Randbereiche 7 und 8 sind
dabei mit Bezug zur nicht näher bezeichneten Längsmittenachse
des Kugelhülsengelenkes zwischen dem Befestigungsbolzen 18 und
dem Hülsenzapfen 1 in radialer Richtung unter
einer Vorspannung sowie klemmend gehalten. Ferner sind die Randbereiche 7 und 8 der
Dichtungsbälge 5 und 6 in axialer Richtung
zwischen den Stirnseiten 11, 12 des Hülsenzapfens
und dem Achsträger 21 ebenfalls unter einer Vorspannung
und klemmend angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass diese
Art der Befestigung eine Dichtung darstellt.
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Die
zweiten Randbereiche 9 und 10 der Dichtungsbälge 5 und 6 sind
jeweils stoffschlüssig mit einem Ring 16 beziehungsweise 17 verbunden. Der
Ring 16, 17 ist dabei in je eine Nut 14, 15 des
Gehäuses 4 eingesetzt und in dem Gehäuse 4 fixiert. Die
Fixierung der Ringe 16, 17 im Gehäuse 4 erfolgt durch
eine Umformung eines Teilabschnittes des Gehäuses, was
beispielsweise mit einem Rollverfahren erreicht werden kann. Durch
die Ringe 16 und 17 kann darüber hinaus
die Lagerschale 3 in ihrer Lage im Gehäuse 4 positioniert
und fixiert werden.
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Eine
alternative Ausführung eines Kugelhülsengelenkes
zeigt die 2. Darin ist ein verglichen mit
der Variante in 1 im Aufbau grundsätzlich gleiches
Kugelhülsengelenk dargestellt, wobei aus Vereinfachungsgründen
nur eine Seite des Kugelhülsengelenkes zu sehen ist. Die
gegenüber liegende und spiegelbildlich ausgeführte
Seite weist folglich den gleichen Aufbau auf.
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Der
Unterschied des Kugelhülsengelenkes besteht bei der Lösung
nach 2 darin, dass hier zwischen dem Randbereich 7 des
Dichtungsbalges 5 und dem Befestigungsbolzen 18 zur
Montage des Kugelhülsengelenkes in einem Achsträger 21 eines Kraftfahrzeuges
ein Klemmring 22 vorhanden ist.
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Dieser
Klemmring ist im Querschnitt L-förmig ausgeführt.
Er liegt mit seinem kurzen Schenkel am Achsträger 21 und
mit seinem langen Schenkel am Befestigungsbolzen 18 an.
Darüber hinaus ist der Klemmring 22 stoffschlüssig
mit dem Randbereich 7 des Dichtungsbalges 5 verbunden,
weil er bei der Herstellung des Dichtungsbalges 5 an diesen
anvulkanisiert wurde.
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- 1
- Hülsenzapfen
- 2
- Kugeliger
Lagerabschnitt
- 3
- Lagerschale
- 4
- Gehäuse
- 5
- Dichtungsbalg
- 6
- Dichtungsbalg
- 7
- Erster
Randbereich
- 8
- Erster
Randbereich
- 9
- Zweiter
Randbereich
- 10
- Zweiter
Randbereich
- 11
- Stirnseite
- 12
- Stirnseite
- 13
- Befestigungsbohrung
- 14
- Nut
- 15
- Nut
- 16
- Ring
- 17
- Ring
- 18
- Befestigungsbolzen
- 19
- Befestigungsmutter
- 20
- Lenker
- 21
- Bauteil
(Achsträger)
- 22
- Klemmring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007016172
A1 [0002]
- - DE 10160990 B4 [0003]