DE102009043115A1

DE102009043115A1 - Sicherungselement für Dichtungsbälge; Dichtungsbalg und Verfahren zur Anordnung eines Dichtungsbalgs auf einem Gelenkträger

Info

Publication number: DE102009043115A1
Application number: DE102009043115A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Gützlaff; Stephan Dipl.-Ing. Kuschel; Mareike Dr. Ing. Wendt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2029-09-26
Also published as: DE102009043115B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Sicherungselement für einen Dichtungsbalg (10) bereit, der geeignet ist, auf einem Gelenkträger angeordnet zu werden, wobei das Sicherungselement als ein Federring (1) mit einer über den Umfang verteilten, radial nach innen weisenden Zahnung ausgebildet ist. Die über den Umfang verteilte, radial nach innen weisende Zahnung wird durch eine Vielzahl von Zähnen (2) bereitgestellt, wobei jeder Zahn (2) durch zumindest zwei Abschnitte (2', 2") gebildet wird, von denen ein erster Abschnitt (2') der Zähne (2) an dem Federring (1) anliegt und in Bezug zu einer Federringebene einen Winkel (alpha) aufspannt, der 0° beträgt oder spitz ist, und wobei ein zweiter Abschnitt (2") der Zähne (2), der sich an dem von dem Federring (1) abgewandten Ende des ersten Abschnitts (2') anschließt und von der Richtung des ersten Abschnitts (2') weg nach oben gebogen bis höchstens in die Vertikale zur Federringebene (E) ist. Ferner wird ein Dichtungsbalg (10) beansprucht, in dem das Sicherungselement einvulkanisiert vorliegt, und es wird ein Verfahren zur Anordnung eines erfindungsgemäßen Dichtungsbalgs (10) auf einem Kugelgelenkträger offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherungselement für einen Dichtungsbalg, der geeignet ist, ein Kugelgelenk abzudichten, den Dichtungsbalg selbst und das entsprechende Verfahren zur Anordnung des Dichtungsbalges auf einem Gelenkträger.
Aus dem Stand der Technik sind Sicherungselemente für Dichtungsbälge, die Kugelgelenke abdichten, bekannt. Verwendet werden etwa Spannscheiben, die in einen unteren Bereich des Dichtungsbalges, der an dem Kugelgelenkträger anliegt, eingebracht sind. Durch das in den Dichtungsbalg eingebrachte Sicherungselement kann der entsprechende Randbereich des Dichtungselements an dem Gelenk- bzw. Kugelgelenkträger des Kugelgelenks, das der Dichtungsbalg abdichtet, eine Haltekraft ausüben und damit den Dichtungsbalg an dem Kugelgelenk sichern.
Als eine solche Sicherungsvorrichtung wird in der DE 10 2006 039 861 A1 ein Spannelement beschrieben, das in den Randbereich des dort offenbarten Faltenbalges einvulkanisiert ist. Das Spannelement ist als ein Federring ausgebildet, da die elastischen Eigenschaften eines Federringes es ermöglichen, dass der Dichtungsbalg mit seinem Randbereich, der den einvulkanisierten Federring umfasst, über den zu dichtenden Teil eines Bauteils gezogen werden kann, wo sich der Dichtungsbalg dichtend anlegt. Der Federring umfasst über seinen Umfang verteilt auf der radial innen liegenden Seite des Dichtungsbalges eine Zahnung, wobei die Zähne in einem Winkel zu dem Ring, der sie trägt, angeordnet sind. Hierdurch wird ein Anstellwinkel geschaffen, der eine Fixierung des Randbereiches des Dichtungsbalges an dem abzudichtenden Element verbessert. In wieweit eine gute Abdichtwirkung erzielt wird, hängt jedoch mit davon ab, ob das abzudichtende Bauteil so von dem Dichtungsbalg umfasst ist, dass eine gleichmäßige Anlage der Zahnung, die nur Zähne mit einer geraden Zahnfläche umfasst, gegeben ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, ein verbessertes Sicherungselement für Dichtungsbälge zu schaffen, das es ermöglicht, den Dichtungsbalg mit optimierter Abdichtwirkung auf einem Kugelgelenk zu positionieren.
Diese Aufgabe wird durch das Sicherungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf ein Sicherungselement für einen Dichtungsbalg, der auf einem Gelenk- bzw. einem Kugelgelenkträger angeordnet werden soll, um eine Abdichtung des Kugelgelenks gegen äußere Einwirkungen wie Verschmutzungen und Feuchtigkeit bereitzustellen. Das Sicherungselement ist erfindungsgemäß als ein Federring ausgebildet, an dessen innerem Umfang radial nach innen weisende die Zahnung des Federrings bildende Zähne angeordnet sind, die sich in zwei Abschnitte untergliedern lassen. Bei dem ersten Abschnitt der Zähne handelt es sich um denjenigen, der unmittelbar an der inneren Wandung des Federrings anliegt. Er spannt in Bezug zu einer Federringebene einen Winkel α auf, der 0° beträgt oder spitz ist. Der Winkel α liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 20°, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 20°.
Der zweite Abschnitt, der sich unmittelbar an das Federring abgewandte Ende des ersten Abschnitts anschließt, bildet die Spitze der Zähne und ist von der Richtung des ersten Abschnitts weg nach oben gebogen bis höchstens in die Vertikale zur Federringebene (E) ist.
Damit ergibt sich erfindungsgemäß eine Art gekrümmter Zahn, dessen Verlauf von einem flachen Winkel, in Bezug zur Ringebene, in einen steilen Winkel übergeht.
Vorteilhafter Weise verläuft die Biegung des zweiten Abschnitts knickförmig, wobei der zweite Abschnitt einen Winkel β in Bezug zu einer Federringebene aufspannt, der in einem Bereich von 25 bis 85°, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 85° liegt.
Die Kante, die zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt, beziehungsweise zwischen dem ersten Abschnitt und der Federringwandung entsteht, kann abgerundet sein. Dies ergibt sich insbesondere bereits dann fertigungstechnisch, wenn die Zahnung mit den erfindungsgemäß geneigten Abschnitten durch einfaches Biegen eines einstückigen Zahnrings, an den die Zähne unmittelbar angeschnitten sind, gefertigt wird.
Alternativ ist jedoch auch denkbar, den zweiten Abschnitt kreisbogenförmig zu gestalten, so dass der erste Abschnitt in den zweiten Abschnitt knickfrei und somit kontinuierlich übergeht. Ein definierter Winkel β entfällt damit bei dieser Ausführung. Der Kreisbogen kann so weit gezogen sein, dass die Abschlusskante des zweiten Abschnitts parallel zur Federringebene liegt. Hierbei ist der Endbereich des zweiten Abschnitts vertikal zur Federringebene angeordnet.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Dichtungsbalg, der dazu geeignet ist, auf einem Gelenkträger wie einem Kugelgelenkträger angeordnet zu werden. Der erfindungsgemäße Dichtungsbalg weist in Bezug zu dem Träger, an dem der Dichtungsbalg angeordnet werden soll, einen unteren Randabschnitt auf. In diesem Randabschnitt ist das erfindungsgemäße Sicherungselement durch Einvulkanisieren eingebracht.
So wird der Dichtungsbalg gemäß der vorliegenden Erfindung auf einem Kugelgelenk angeordnet, indem der untere Randabschnitt des Dichtungsbalgs, der das Sicherungselement der vorliegenden Erfindung umfasst, über ein Kugelgelenk geführt und verpresst wird. Dabei wird an jedem Zahn des Federrings, der das Sicherungselement darstellt, eine Einführrampe bereitgestellt, die sich durch die in Bezug zu der Federringebene abgewinkelten ersten und zweiten Zahnabschnitte ergibt. Beim Aufpressen des Dichtungsbalgs erfolgt ein Selbstzentrieren des Federrings auf dem Kugelgelenkträger durch die gekrümmte Zahnung. Damit ergibt sich erfindungsgemäß durch die bereitgestellte Zentrierung eine vorteilhaft verbesserte Dichtwirkung des Sicherungselements auf dem Kugelgelenkträger.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigt:
1a eine Draufsicht auf ein als Federring ausgebildetes Sicherungselement,
1b eine Seitenschnittansicht des Federrings aus 1a,
1c eine Seitenschnittansicht eines Details aus 1b,
2 eine Teil-Seitenschnittansicht eines erfindungsgemäßen Dichtungsbalgs.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Sicherungselement für einen Dichtungsbalg, der dazu dient, ein Kugelgelenk eines Kraftfahrzeugs oder ein anderes geeignetes Trägerelement abzudichten, insbesondere dient er der Abdichtung relativ zueinander beweglicher Bauteile. Dazu wird der Dichtungsbalg bekanntermaßen über dem abzudichtenden Gelenkträger angeordnet, so dass ein unterer Randbereich über den Träger geführt und mit ihm verpresst wird, um die gewünschte Dichtwirkung bereitzustellen.
Die gewünschte Abdichtwirkung wird mittels eines erfindungsgemäßen Sicherungselements erreicht, das erfindungsgemäß als ein Federring 1 ausgebildet ist, wie er in 1a bis 2 gezeigt ist. Der Federring 1 weist eine über seinen Innenumfang verteilte Zahnung auf, die aus radial nach innen weisenden Zähnen 2 besteht. Die Zahnung ist vorliegend so beschaffen, dass zwischen zwei Zähnen eine halbkreisförmige Ausnehmung bereitgestellt ist, und dass die Zähne 2 im Wesentlichen eine Trapezform aufweisen. Damit ergibt sich, dass die Zähne 2 mit geraden Kanten in das Innere des Federrings 1 hinein weisen.
Wie aus 1b und 1c deutlich wird, lässt sich jeder Zahn 2 durch zwei Abschnitte beschreiben: Ein erster Abschnitt 2' ist der Abschnitt des Zahns 2, der unmittelbar an den Federring 1, respektive dessen gerade, vertikale Wand, die den Ring bildet, angrenzt. Der Abschnitt 2'' ist demgegenüber gewinkelt angelegt. In Bezug zu einer Federringebene E, wie sie im Detail der 1c gezeigt ist – 1b zeigt eingekreist, welcher Abschnitt das in 1c gezeigte, stricheliert eingefasste Detail ist – spannt der erste Abschnitt 2' einen Winkel α auf, der bei etwa 18° liegt. Der Winkel α kann in anderen Fällen auch eine Größe im Bereich von 5 bis 20° einnehmen.
Ein zweiter Abschnitt 2' der Zähne bildet deren vorderes, in den Federring 1 hinein weisendes Ende. Dieser Abschnitt 2'' spannt in Bezug zu der Federringebene E einen Winkel β auf, der bei etwa 80° liegt. Grundsätzlich sollte dieser Winkel steiler sein als der sogenannte flache Winkel α, der Winkel β sollte daher zumindest 25°, vorteilhaft jedoch zwischen 60 und bis zu 85° einnehmen, siehe 1c.
So wird durch die erfindungsgemäß gebogenen Zähne 2 eine Einführrampe an dem Federring 1 geschaffen, der beim Aufpressen des Gummibalgs 10, der in 2 mit dem darin einvulkanisierten Federring 1 gezeigt ist, auf das Trägergelenk zu einer Selbstzentrierung führt, infolge derer es zu einer gleichmäßigen Verformung der Zähne 2 und damit zu einer guten Dichtwirkung kommt.
So wird durch die gebogenen Zähne ein Federelement bereitgestellt, das auch eine gute Führung des Balges beim Aufpressen auf dem Gelenkträger erzeugt. Hierbei kommt es zu einer homogenen Spannungsverteilung über den Ringumfang, wodurch das unkontrollierte Verwinden der Federscheibe verhindert wird, das sich bei gerade ausgeführten Zähnen wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind durch den Aufpressvorgang ergeben kann, wodurch die Dichtwirkung verringert wird.
Insofern, als der Federring der vorliegenden Erfindung einstückig fertigbar ist, können die beiden Abschnitte 2' und 2'' durch einfaches Biegen der Zahnfläche dargestellt werden, so dass keine Kanten sondern Rundungen an den Übergängen der ersten zu den zweiten Abschnitten und zur Ringwandung entstehen. Der Verlauf der Zahnung, von der Federringwandung aus gesehen, wird mit dem beschriebenen flachen Winkel α, siehe 1c, und dem steilen Winkel β gestaltet, wodurch der Federring, wenn er in einem Dichtungsbalg angeordnet ist, über die Einführrampe in jedem Zahn verfügt. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Federscheibe eine sichere und zentrierte Anordnung des Dichtungsbalgs auf einem Kugelgelenk. Es ergibt sich, dass die Dichtfähigkeit des Balgs bei der Montage nicht herabgesetzt wird, vielmehr kann der Balg gleichmäßig auf das abzudichtende Kugelträgergelenk montiert werden.
Selbstverständlich weiß der Fachmann, dass, anders als in 1a gezeigt, die Ausnehmungen zwischen den Zähnen nicht zwingend halbkreisförmig ausgeführt sein müssen, sondern auch eine hiervon abgewandte Form aufweisen können. Selbiges gilt für die Form der Zähne, die an ihrer Spitze nicht zwingend verjüngt ausgebildet sein müssen, sondern dort auch eine Verbreiterung aufweisen können.
Damit führt der erfindungsgemäße Federring zur Bereitstellung eines Sicherungselements, das zugleich eine prozesssichere Montage ermöglicht und auch einen definierten Sitz des Dichtungsbalgs auf dem Kugelgelenk mit einer verbesserten Dichtwirkung bereitstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006039861 A1 [0003]

Claims

Sicherungselement für einen Dichtungsbalg (10), der geeignet ist, auf einem Gelenkträger angeordnet zu werden, wobei das Sicherungselement als ein Federring (1) mit einer über den Umfang verteilten, radial nach innen weisenden Zahnung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die nach innen weisende Zahnung durch eine Vielzahl von Zähnen (2) bereitgestellt wird, wobei jeder Zahn (2) durch zumindest zwei Abschnitte (2', 2'') gebildet wird, von denen ein erster Abschnitt (2') der Zähne (2) an dem Federring (1) anliegt und in Bezug zu einer Federringebene (E) einen Winkel (α) aufspannt, der 0° beträgt oder spitz ist, und wobei ein zweiter Abschnitt (2'') der Zähne (2), der sich an dem von dem Federring (1) abgewandten Ende des ersten Abschnitts (2') anschließt und von der Richtung des ersten Abschnitts (2') weg nach oben gebogen bis höchstens in die Vertikale zur Federringebene (E) ist.
Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) in einem Bereich von 5 bis 20°, vorzugsweise 15 bis 20° liegt, und die Biegung des zweiten Abschnitts (2'') knickförmig verläuft, wobei der zweite Abschnitt (2'') einen Winkel (β) in Bezug zu einer Federringebene (E) aufspannt, der in einem Bereich von 25 bis 85°, vorzugsweise in einem Bereich von 60 bis 85° liegt.
Sicherungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen dem Federring (1) und dem ersten Abschnitt (2') und/oder eine zwischen dem ersten Abschnitt (2') und dem zweiten Abschnitt (2'') vorliegende Kante abgerundet ist.
Dichtungsbalg (10), der geeignet ist, auf einem Gelenkträger angeordnet zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem in Bezug zu dem Träger, an dem der Dichtungsbalg (10) anordenbar ist, unteren Randabschnitt (10') des Dichtungsbalgs (10) das Sicherungselement nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3 einvulkanisiert vorliegt.
Dichtungsbalg (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergelenk ein Kugelträgergelenk ist.
Verfahren zur Anordnung eines Dichtungsbalgs (10) nach Anspruch 4 oder 5 auf ein Kugelgelenkträger, umfassend die Schritte – Führen des unteren Randabschnitts (10') des Dichtungsbalgs (10), der das Sicherungselement nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst, über den Kugelgelenkträger, unter Bereitstellung einer Einführrampe an jedem an dem Federring (1) vorliegenden Zahn (2), die durch die in Bezug zu der Federringebene (E) abgewinkelten ersten und zweiten Zahnabschnitte (2', 2'') bereitgestellt wird, und Aufpressen des Dichtungsbalgs (10) auf den Kugelgelenkträger, – selbstzentrieren Lassen des Dichtungsbalgs (10) auf dem Kugelgelenkträger.