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Die
Erfindung betrifft ein abgedichtetes Kugelgelenk mit einer Lagervorrichtung,
in der ein Kugelkopf eines Gelenkzapfens aufgenommen ist und einen
Dichtungsbalg für ein Kugelgelenk.
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Kugelgelenke
sind aus dem Stand der Technik bekannt und kommen in verschiedensten
Ausführungsformen zur Anwendung. Insbesondere im Kraftfahrzeugbau
müssen im wesentlichen alle Kugelgelenke durch Dichtungsvorrichtungen
gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit geschützt werden.
Eine Dichtvorrichtung soll daher einerseits dicht wirkend und zuverlässig
an der Lagervorrichtung und an dem Gelenkzapfen befestigt sein,
sie darf allerdings andererseits die Bewegungsmöglichkeiten
des Kugelgelenks nicht einschränken.
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In
der
WO 2007/012396 ist
ein Kugelgelenk gezeigt, bei dem die Dichtvorrichtung in Form einer Dichtungsmanschette
mit ihrem oberen Ende in eine umlaufende Nut der Lagervorrichtung
eingelegt und mit einem Spannring radial gegen die Lagervorrichtung
beaufschlagt ist. Dadurch ist die Dichtungsmanschette zwar gegen
eine in axialer Richtung verlaufende Dichtfläche an der
Lagervorrichtung dichtend angedrückt, aber gegen eine in
radialer Richtung verlaufende Dichtfläche der Lagervorrichtung
kann kein hinreichend großer dichtender Andruck aufgebracht werden,
um ein Eindringen von Flüssigkeit oder von Schmutz längs
des Weges entlang der in radialer Richtung verlaufenden Dichtfläche
sicher zu verhindern. Insbesondere wenn die in radialer Richtung verlaufende
Dichtfläche rolliert ist, ist es nicht möglich, über
diese dann auch als Rollierung bezeichnete, in radialer Richtung
verlaufende Dichtfläche das Eindringen von Wasser und Schmutz
zuverlässig zu verhindern.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein verbessertes Kugelgelenk zu schaffen, das bei kompakter
Bauweise das Eindringen von Wasser und Schmutz zuverlässig
vermeidet, auch wenn die in radialer Richtung verlaufende Dichtfläche
rolliert ist. Weiterhin ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
verbesserte Dichtmittel für ein Kugelgelenk zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem abgedichteten Kugelgelenk mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Die
Aufgabe der Schaffung eines verbesserten Dichtmittels wird mit dem
Dichtungsbalg mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist
die Dichtungsvorrichtung ein Dichtungsbalg, der ein an der Lagervorrichtung
zur Anlage gelangendes Endstück aufweist, wobei ein stabilisierender
Dichtring vollständig in das Endstück eingebracht
ist und das Endstück des Dichtungsbalgs an der ersten Dichtfläche
in axialer Richtung abdichtend anliegt.
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Bei
der Verbindung des erfindungsgemäßen Dichtungsbalgs
mit der Lagervorrichtung kann der Dichtungsbalg mit seinem Endstück
auf die Lagervorrichtung aufgepresst werden. Dabei wird auf Grund
der stabilisierenden Wirkung des Dichtrings dieser durch die aus
der Aufpressbewegung resultierende Hebelwirkung des Dichtungsbalgs
an die in radialer Richtung verlaufende Dichtfläche gedrückt
und dort verquetscht. Hierdurch wird eine hohe axiale Dichtkraft
erzielt, bei gleichzeitig kompaktem und Raum sparenden Aufbau.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist der Dichtungsbalg aus
einem Elastomer beschaffen. Dadurch besitzt er für eine
Abdichtung gut geeignete elastische Eigenschaften, und durch den
in das Endstück eingebrachten Dichtring besitzt das Endstück
zusätzlich die Stabilität, die nötig
ist, um eine gute und sichere Abdichtung auch einer rollierten Dichtfläche
zu gewährleisten. Der Dichtring kann dabei beispielsweise
in das Endstück des Dichtungsbalgs einvulkanisiert sein.
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Um
auch eine Abdichtung in radialer Richtung zu gewährleisten,
hat die Lagervorrichtung eine in axialer Richtung verlaufende zweite
Dichtfläche, wobei das Endstück des Dichtungsbalgs
an der zweiten Dichtfläche in radialer Richtung dichtend
anliegt. Beim Anpressen des Dichtungsbalgs an die Lagervorrichtung
ist dabei durch den stabilisierenden Dichtring eine starke Anpressung
in radialer Richtung gegeben.
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Eine
besonders gute Abdichtung wird bei einer Ausführungsform
erreicht, bei der das Endstück als radial nach außen
weisende Lippe mit einer Stirnfläche ausgebildet ist, wobei
die Stirnfläche die axial dichtende Anlage an der ersten
Dichtfläche bereitstellt. Eine Lippe besitzt eine gute
Flexibilität und eine bei Auslenkung hohe rückstellende
Federkraft, die als Andruckkraft zum Dichten dient, und der Dichtring verleiht
der Lippe die zum Dichten nötige Stabilität.
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Wenn
die abzudichtende Fläche des Gehäuses durch Rollieren
ausgebildet wurde, so kann es erforderlich sein, durch ungleichmäßiges
Rollieren aufgetretene Unterschiede im Material durch noch besseres
Abdichten auszugleichen. Die erfindungsgemäße
Stabilisierung des Endes der Dichtvorrichtung ermöglicht
dies, da eine hohe axiale Andruckkraft erzeugt werden kann, die,
in Verbindung mit dem elastischen Material des Balgs, die Materialabweichungen
ausgleicht indem das Material in die winzigen Vertiefungen gequetscht
wird. Mit der so erreichten axialen Dichtung werden daher Toleranzen, die
aus ungleichmäßigen Rolliervorgängen
oder maßlichen Unterschieden der zu rollierenden Bünde entstehen,
auf einfache Weise und wirkungsvoll ausgeglichen.
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Vorzugsweise
hat die Lagervorrichtung zumindest ein Gehäuse mit einem
Deckteil, eine Lagerschale und einen Verschlussring, wobei die zweite Dichtfläche
an dem Verschlussring und die erste Dichtfläche an dem
Deckteil angeordnet sind.
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Damit
die axiale Abdichtung gegen eine rollierte erste Dichtfläche
verbessert wird, ist in einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform
vorgesehen, dass das zur Anlage am Gehäuse gelangende Ende
des Dichtungsbalgs an der gegen die erste Dichtfläche in
axialer Richtung abdichtenden Seite zwei radial beabstandete umlaufende
Wülste aufweist, die der rollierten Kontur der ersten Dichtfläche angepasst
sind. Dadurch wird eine umlaufend im Wesentlichen gleiche Dichtkraft
erreicht.
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In
bevorzugter Weise kann der Dichtring zumindest einen in Längserstreckungsrichtung
des Zapfenabschnitts weisenden ersten Abschnitt und wenigstens einen
radial auf den Gelenkzapfen hin orientierten zweiten Abschnitt aufweisen.
Dabei kann der erste Abschnitt des Dichtrings als Kragen und der zweite
Abschnitt als Ring ausgebildet sein in den der Kragen übergeht
oder mündet.
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Um
die Aufpressung des Dichtungsbalgs zu erleichtern, kann der erste
Abschnitt des Dichtrings als Ring ausgebildet sein, und als zweite
Abschnitte können alternativ eine Mehrzahl von radial zu
dem Kugelkopf weisende, nach innen ragende Zungen an dem ersten
Abschnitt angeschnitten sein. Die Zungen sorgen für die
radiale Dichtkraft, was besonders effektiv ist, wenn der Dichtring
gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
aus Federstahl besteht.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Dichtring als
Krallenring ausgebildet, was eine gute radiale Dichtwirkung und
einen guten Halt des Dichtrings im Inneren des Endstücks
des Dichtungsbalgs gewährleistet.
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Ein
erfindungsgemäßer Dichtungsbalg weist ein Endstück
auf, wobei ein stabilisierender Dichtring vollständig in
das Endstück eingebracht ist und das Endstück
des Dichtungsbalgs an einer Dichtfläche in axialer Richtung
abdichtend anliegen kann.
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Mit
einem erfindungsgemäßen Kugelgelenk und einem
erfindungsgemäßen Dichtungsbalg ist in sehr raumsparender
Weise eine Abdichtung realisiert, die einen sehr guten Schutz gegenüber
dem Eindringen von Wasser und Schmutz gewährleistet. Da
direkt auf die in radialer Richtung sich erstreckende Dichtfläche
eine hohe axiale Dichtkraft ausgeübt wird, wird gegenüber
bekannten Kugelgelenken Platz gespart, und es reduziert sich die
Anzahl der möglichen Wassereindringwege.
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Die
Figur mit der begleitenden Beschreibung dient dem besseren Verständnis
des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen,
die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können
mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figur ist lediglich
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
Erfindung.
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Dabei
zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Kugelgelenk mit einem erfindungsgemäßen Dichtungsbalg.
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Das
in der Figur dargestellte Kugelgelenk 1 umfasst als wesentliche
Bauteile eine Lagervorrichtung, die durch ein Gehäuse 2 gegeben
ist, und einen Gelenkzapfen 3. Der Gelenkzapfen 3 weist
einen Zapfenabschnitt 5 und einen Anschlussbolzen 10 auf,
an den sich ein Gewinde 11 anschließt. Ein Kugelkopf 4,
der über einen Kugelhals 12 mit dem Zapfenabschnitt 5 verbunden
ist, ist in einer Lagerschale 4' aufgenommen, die wiederum
in dem Gehäuse 2 festgelegt ist.
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Das
Gehäuse 2 ist hier mehrteilig ausgebildet und
hat einen Verschlussring 21 und ein Deckteil 22.
An dem Deckteil 22 ist eine umlaufende, in radialer Richtung
sich erstreckende erste Dichtfläche 24 ausgebildet,
die durch Rollieren ausgebildet worden ist. An dem Verschlussring
ist eine umlaufende, in axialer Richtung sich erstreckende zweite
Dichtfläche 23 ausgebildet, die im Wesentlichen
eben ist.
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Das
Kugelgelenk 1 ist an einem Bauteil 9 angebracht,
das beispielsweise ein Teil eines Fahrwerks für ein Kraftfahrzeug
sein kann. Der Gelenkzapfen 3 ist mit seinem Anschlussbolzen 10 und
dem Gewinde 11 durch das Bauteil 9 hindurchgesteckt und
kann mittels einer Mutter 12 am Bauteil 9 befestigt
werden.
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Ein
Dichtungsbalg 6 besteht aus einem elastischen und dichtenden
Material, beispielsweise aus einem Elastomer, und liegt an seiner
in Richtung des Zapfenabschnitts 5 weisenden oberen Seite
an einer Haltefläche 14 des Zapfenabschnitts 5 an.
Ein Metallring 15 drückt das obere Ende des Dichtungsbalgs 6 gegen
die Haltefläche 14 des Zapfenabschnitts 5.
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Das
entsprechende untere Ende des Dichtungsbalgs 6 liegt dichtend
an der zweiten Dichtfläche 23 an. Sein Endstück 8 ist
als eine radial nach außen weisende Lippe ausgebildet,
wobei deren Stirnfläche dichtend an der ersten Dichtfläche 24 anliegt.
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In
das untere Endstück 8 des Dichtungsbalgs 6 ist
ein stabilisierender Dichtring 7 eingebracht. Dieser ist
beispielsweise einvulkanisiert. Der Dichtring 7 bewirkt
eine hohe Anpresskraft des Endstücks 8 des Dichtungsbalgs 6 an
die ebene zweite Dichtfläche 23.
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Weiterhin
bewirkt der Dichtring im Inneren des unteren Endstücks 8 eine
Stabilisierung der nach außen abstehenden Lippe desselben.
Damit kann dieses mit einer hohen Dichtkraft gegen die erste Dichtfläche 24 gedrückt
werden.
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Der
Dichtring 7 weist einen in Längserstreckungsrichtung
des Zapfenabschnitts 5 weisenden ersten Abschnitt 71 und
einen radial auf den Zapfenabschnitt 5 hin orientierten
zweiten Abschnitt 72 auf. Der zweite Abschnitt 72 ist
vorliegend als Ring ausgeführt, der mit seiner flachen
Seite im Wesentlichen orthogonal zu der zweiten Dichtfläche 23 orientiert ist.
Der erste Abschnitt 71 bildet dann einen äußeren, umlaufenden
und in Richtung des Zapfenabschnitts 5 abstehenden Kragen
an diesem Ring.
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Um
die Aufpressung des Dichtungsbalgs 6 zu erleichtern, kann
der Dichtring 7 in einer weiteren Ausführungsform
auch nur aus diesem Kragen 71 bestehen, von den radial
einwärts über den Innenumfang verteilten Federzungen 72 abragen.
Der zweite Abschnitt 72 ist in dieser Ausführungsform
als eine Mehrzahl von radial zu dem Kugelkopf 4 weisende, nach
innen ragende Zungen an dem kragen- oder ringförmig ausgebildeten
ersten Abschnitt 71 ausgebildet. Diese sorgen für
die radiale Dichtkraft. In der Querschnittsdarstellung gemäß der
Figur lassen sich die beiden Ausführungsformen nicht unterscheiden. Die
Querschnittsdarstellung eines Rings 72 oder einer Zunge 72 sind
im Wesentlichen gleich.
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Wenn
die Zungen zudem noch krallenartig von dem ersten Abschnitt abgebogen
sind – figurativ nicht dargestellt –, kann man
den Dichtring auch als einen Krallenring bezeichnen. Die krallenartige
Ausgestaltung des zweiten Abschnitts verbessert den Halt des Dichtrings
im Inneren des Endstückes des Dichtungsbalgs.
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In
der Figur ist zu erkennen, dass die erste Dichtfläche 24 eine
nach oben konvex gebogene Oberflächenkontur aufweist. Das
zur Anlage an der ersten Dichtfläche 24 gelangende
Ende 8 des Dichtungsbalgs 6 weist an der gegen
die erste Dichtfläche 24 in axialer Richtung abdichtenden
Stirnseite zwei radial beabstandete, umlaufende Wülste
auf, die die konvexe Erhebung der rollierten ersten Dichtfläche zwischen
sich aufnehmen. Dadurch erfolgt eine Art Formschluss zwischen der
Oberflächenkontur der rollierten ersten Dichtfläche 24 und
der Stirnseite des Endstücks 8, was eine gute
Abdichtung in radialer Richtung unterstützt.
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Bei
der Montage wird zunächst der Dichtungsbalg 6 mit
seinem in der Figur oben liegenden Ende an der Haltefläche
des Zapfenabschnitts 5 befestigt, unter Zuhilfenahme des
Metallrings. Nun wird der Dichtungsbalg 6 auf den Verschlussring 21 aufgepresst,
wodurch auf Grund des in dem Endstück eingebrachten Dichtrings 7 eine
hohe radiale Anpressung an der zweiten Dichtfläche 23 des
Verschlussrings 21 gegeben ist. Durch die Aufpressbewegung resultiert
eine Hebelwirkung über den gebogenen Mittelteil des Dichtungsbalgs 6 auf
dessen Endstück 8, welches die Andruckkraft des
Endstückes 8 an der ersten Dichtfläche 24 erhöht.
Infolge der durch den Dichtring 7 stabilisierten, nach
außen abstehenden Lippe des Endstücks 8 des
Dichtungsbalgs 6 wird diese auf Grund der Hebelwirkung
herunter auf die Rollierung der ersten Dichtfläche 24 gedrückt
und dort verquetscht. Hierdurch wird eine hohe axiale Dichtkraft
erzielt, eine sehr gute und zuverlässige Abdichtung in
axialer Richtung ist die Folge.
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- 1
- Kugelgelenk
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gelenkzapfen
- 4
- Kugelkopf
- 4'
- Lagerschale
- 5
- Zapfenabschnitt
- 6
- Dichtungsbalg
- 7
- Dichtring
- 8
- Endstück
- 9
- Bauteil
- 10
- Anschlussbolzen
- 11
- Gewinde
- 12
- Kugelhals
- 13
- Mutter
- 14
- Haltefläche
- 15
- Metallring
- 21
- Verschlussring
- 22
- Deckteil
- 23
- zweite
Dichtfläche
- 24
- erste
Dichtfläche
- 71
- erster
Abschnitt
- 72
- zweiter
Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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