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Die Erfindung betrifft einen Dichtungsbalg, insbesondere einen Dichtungsbalg zur Abdichtung von Kugelgelenken in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie zwei Verfahren zur Herstellung eines solchen Dichtungsbalgs.
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Es ist seit langem bekannt, Dichtungsbälge zum Abdichten von Kugelgelenken zu verwenden, welche mittels einer Gelenkkugel an einem Ende des Kugelgelenkzapfens in einer Aufnahme eines Gehäuses aufgenommen werden, um eine überlagerte Kipp- und Drehbewegung ausführen zu können. Hierdurch können z.B. in einem Fahrzeug Kräfte beim Einfedern des Fahrzeugs (Kippbewegung) und beim Lenken (Drehbewegung) aufgenommen werden. Diese Kugelgelenkzapfen werden mittels eines Balgteils abgedichtet, welches mit seiner gehäuseseitigen Öffnung an dem Gehäuse und seiner zapfenseitigen Öffnung an dem Kugelgelenkzapfen abdichtend angeordnet ist.
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Die Abdichtung des Balgteils an dem Gehäuse erfolgt dabei stets statisch, d.h. das Balgteil und das Gehäuse sind fest, d.h. nicht gegeneinander beweglich oder verdrehbar, miteinander verbunden. Hingegen wird die Abdichtung des Balgteils an dem Kugelgelenkzapfen stets dynamisch ausgeführt, d.h. der Kugelgelenkzapfen ist gegenüber dem Balgteil beweglich vorgesehen, um trotz Abdichtung eine Relativbewegung, d.h. eine Gleitbewegung in Umfangsrichtung und axialer Längsrichtung, gegenüber dem Balgteil zuzulassen.
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Bekannt sind dabei im Wesentlichen zwei Ausführungsformen, um derartige Balgteile an dem Kugelgelenkzapfen abdichtend vorzusehen. In beiden Fällen wird ein Spannelement an bzw. in dem Balgteil derart vorgesehen, dass auch beim Abwinkeln bzw. Kippen des Kugelgelenkzapfens gegenüber dem Gehäuse der Abdichtbereich des Balgteils durch dieses Spannelement so verstärkt wird, dass die abdichtende kreisrunde Form des Balgteils in diesem Bereich erhalten bleibt. Anders herum gesagt soll das Spannelement die Ausbildung einer ovalen Form aufgrund der Elastizität des Elastomermaterials des Balgteils im Abdichtbereich des Balgteils verhindern, da diese zu Undichtigkeiten führen könnte.
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Zum einen kann das Balgteil mittels eines Spannelements am Kugelgelenkzapfen montiert werden, indem das Spannelement in Form von z.B. einem Metallring oder einer Ringfeder im Bereich der zapfenseitigen Öffnung von Außen auf das Balgteil aufgepresst wird, um dieses am Kugelgelenkzapfen zu fixieren, siehe z.B.
DE 199 00 072 A1 ,
DE 37 05 847 A1 und
DE 92 06 847 U1 .
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Nachteilig ist hierbei, dass der Dichtungsbalg zwei Bauteile, nämlich das Balgteil und das separate Spannelement, aufweist, die montiert werden müssen.
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Zum anderen kann das Spannelement auch in das Balgteil integriert vorgesehen werden. So ist z.B. in der
DE 198 43 063 C1 das Spannelement zwischen dem Balgteil und dem Kugelgelenkzapfen als L-Ring vorgesehen, der mit einer Kante in dem Balgteil einvulkanisiert ist und mit einer Fläche auf den Kugelgelenkzapfen in Umfangsrichtung gleitfähig anliegt. Die
DE 10 2004 058 944 A1 zeigt einen Dichtungsbalg mit einem im Bereich der zapfenseitigen Öffnung des Balgteils einvulkanisierten Spannring, auf dessen dem Kugelgelenkzapfen zugewandter Seite ein Dichtungsansatz aus elastomerem, gleitfähigen Werkstoff vorgesehen ist.
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Nachteilig ist hierbei, dass zwischen dem Spannelement und dem Kugelgelenkzapfen gar keine (z.B.
DE 198 43 063 C1 ) bzw. nur eine gering ausgebildete Abdichtung (z.B.
DE 10 2004 058 944 A1 ) in Form einer Gummiauflage oder von Dichtlippen vorhanden ist.
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Nachteilig ist hierbei ferner, dass es für das Einvulkanisieren des Spannelements an bzw. in das Balgteil erforderlich ist, das Spannelement aus z.B. Metall oder Kunststoff vor dem Vulkanisieren mit einem zusätzlichen Haftvermittler zu versehen, um eine sichere Haftung, d.h. einen sicheren Stoffschluss, zwischen dem Spannelement und dem elastomeren Werkstoff wie z.B. Gummi zu erzeugen. Dies verursacht zusätzliche Kosten bei der Herstellung derartiger Dichtungsbalge durch Material (den Haftvermittler) und Arbeitsaufwand (Arbeitsschritt des Beschichtens des Spannelements mit dem Haftvermittler).
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Balgteil der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, dass einfacher zu montieren und kostengünstiger herzustellen ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Abdichtverhalten des Balgteils an der dynamisch belasteten Dichtstelle zu verbessern.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Zwei alternative Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtungsbalgs sind in den Ansprüche 11 und 12 beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Dichtungsbalg, insbesondere einen Dichtungsbalg zur Abdichtung von Kugelgelenken in Kraftfahrzeugen, mit einem Balgteil mit einer ersten Öffnung zur Aufnahme eines Kugelgelenkzapfens und einer zweiten Öffnung zur Befestigung an einem Gehäuse und mit wenigstens einem Verstärkungselement, welches im Bereich der ersten Öffnung des Balgteils vorgesehen ist und die erste Öffnung in Umfangsrichtung zumindest bereichsweise derart umschließt, dass die Elastizität des Balgteils in radialer Richtung R im Bereich der ersten Öffnung reduziert wird. Das Balgteil weist im Bereich der ersten Öffnung zumindest bereichsweise ein Elastomermaterial auf. Das Verstärkungselement weist ein Elastomermaterial auf, welches die Elastizität des Balgteils in radialer Richtung R im Bereich der ersten Öffnung reduziert.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Balgteil bewusst ein elastisches und dehnbares Material wie z.B. ein Elastomermaterial aufweist, um sich der Relativbewegung zwischen Gehäuse und Kugelgelenkzapfen anzupassen. Im Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung des Balgteils ist diese Elastizität und Dehnbarkeit jedoch eher unerwünscht, da sich bei zu großer Elastizität und Dehnbarkeit des Bereichs der ersten zapfenseitigen Öffnung des Balgteils diese von dem Kugelgelenkzapfen lösen, z.B. herunterrutschen könnte. Jedoch kann sich eine zu starre Verstärkung oder Versteifung des Bereichs der ersten, zapfenseitigen Öffnung des Balgteils z.B. durch ein Verstärkungselement aus einem starren Material wie z.B. Metall oder Kunststoff verschlechternd auf das Abdichtungsverhalten in diesem Bereich auswirken, da hier eine dynamische Abdichtung erwünscht ist.
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Daher wird erfindungsgemäß ein Verstärkungselement, welches auch als Spannelement bezeichnet werden kann, im Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung des Balgteils vorgesehen, welches eine größere Verstärkung oder Versteifung dieses Bereichs in radialer Richtung R erreicht als durch das Elastomermaterial des Balgteils alleine bewirkt wird, gleichzeitig jedoch eine größere Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R ermöglicht als durch ein starres Verstärkungselement z.B. aus Metall oder Kunststoff. Somit wird anstelle eines Verstärkungselement aus einem starren Material wie z.B. Metall oder Kunststoff ein Verstärkungselement aus einem Elastomermaterial vorgesehen, welches eine gewisse Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R aufweist, d.h. eine höhere bzw. überhaupt eine Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R aufweist im Gegensatz zu dem herkömmlichen starren Material, bei dem eine Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R gar nicht bzw. nur sehr geringfügig gegeben ist. Mit anderen Worten wird das Verstärkungselement aus z.B. Metall oder Kunststoff durch ein Verstärkungselement aus einem Elastomermaterial ersetzt, welches eine höhere Steifigkeit aufweist als das Elastomermaterial des Balgteils im Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung.
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Mit einer „gewissen“ Elastizität und Dehnbarkeit ist dabei gemeint, dass die Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R bei dem erfindungsgemäßen Verstärkungselement größer ist als bei den herkömmlich verwendeten Materialien für Verstärkungselemente wie z.B. Metall, insbesondere Stahl, oder Kunststoff, jedoch gleichzeitig geringer als die Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R des Elastomermaterials des Balgteils im Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung. Auf diese Weise wird eine Verstärkung bzw. Versteifung des Balgteils im Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung durch das erfindungsgemäße Verstärkungselement erreicht und gleichzeitig eine höhere Elastizität und Dehnbarkeit in radialer R zugelassen als bei herkömmlich verwendeten, aus starren Materialien wie z.B. Metall oder Kunststoff bestehenden Verstärkungselementen.
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Hierdurch wird erreicht, dass sich die erste, zapfenseitige Öffnung in radialer Richtung R dynamisch abdichtend an Kugelgelenkzapfen unterschiedlichen Durchmessers anlegen kann, z.B. um Fertigungstoleranzen auszugleichen, da hierdurch größere Toleranzen bei der Herstellung des Kugelgelenkzapfens zugelassen werden können. Auch kann durch die größere Toleranz des abzudichtenden Durchmessers des Kugelgelenkzapfens ein und derselbe erfindungsgemäße Dichtungsbalg für verschiedene Kugelgelenkzapfen mit – zumindest geringfügig – unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden, so dass die Produktvielfalt hierdurch reduziert werden kann. Dabei darf die Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R jedoch lediglich so groß sein, dass dennoch eine dynamische Abdichtung der ersten, zapfenseitigen Öffnung gegenüber dem Kugelgelenkzapfen wirkungsvoll erreicht wird und das Balgteil nicht von den Kugelgelenkzapfen herunter rutschen kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung des Balgteils durch das Elastomermaterial des Balgteils und das Elastomermaterial des Verstärkungselements ausgebildet ist, da durch die Verwendung von Elastomermaterialien eine verlässlichere Abdichtung zwischen Balgteil und Kugelgelenkzapfens erreicht werden kann als bei Verstärkungselementen aus z.B. Metall oder Kunststoff. Hierdurch wird auch der Anteil von Elastomermaterialien im Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung erhöht und damit die Abdichtung verbessert. Dabei ist an dieser Stelle eine dynamische Abdichtung vorgesehen, d.h. die Abdichtung im Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung des Balgteils gegenüber dem Kugelgelenkzapfen erlaubt eine Relativbewegung in Form einer Gleitbewegung zwischen diesen Elementen, da sich der Kugelgelenkzapfen bei der Anwendung drehen können muss. Hierbei wird durch die Verwendung von Elastomermaterialien im Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung des Balgteils ein größerer Spielraum bei der optimalen Abstimmung zwischen Abdichtung und Gleiten in diesem Bereich ermöglicht.
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Ebenso ist es vorteilhaft, dass auf einen Haftvermittler zwischen dem metallischen Verstärkungselement und dem Elastomermaterial des Balgteils verzichtet werden kann, da das Verstärkungselement ebenfalls ein Elastomermaterial aufweist. Hierdurch kann die Herstellung um die Kosten des Haftvermittlers und den Aufwand des Auftrags des Haftvermittlers auf ein Verstärkungselement aus z.B. Metall oder Kunststoff reduziert werden, da die beiden Elastomermaterialien auch ohne Hilfsmittel wie z.B. Haftvermittler aneinander haften. Ebenfalls wird erfindungsgemäß ein einteiliger Dichtungsbalg mit integriertem Verstärkungselement bereitgestellt, welches in dieser Form in einem einzigen Schritt montiert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht das Verstärkungselement aus einem Elastomermaterial, welches die Elastizität des Balgteils in radialer Richtung R im Bereich der ersten Öffnung reduziert. Hierunter ist zu verstehen, dass das Verstärkungselement vollständig aus einem Elastomermaterial ausgebildet ist. Vorteilhaft ist dabei, dass der erfindungsgemäße Dichtungsbalg z.B. mittels eines 2-Komponenten-Spritzgussverfahrens einfach hergestellt werden kann, da lediglich zwei Elastomermaterialien miteinander verarbeitet werden müssen. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Dichtungsbalg einfach und schnell hergestellt werden. Dabei sind unter den zwei Elastomermaterialien auch ein Elastomermaterialien mit zwei unterschiedlichen Elastizitäten und Dehnbarkeiten, z.B. zwei unterschiedlichen Shore-Härten, zu verstehen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Verstärkungselement einen oder mehrere Festigkeitsträger auf. Hierdurch kann die Festigkeit des Verstärkungselements erhöht sowie dessen Elastizität und Dehnbarkeit beeinflusst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der bzw. weisen die Festigkeitsträger einen nicht-metallischen Werkstoff, vorzugsweise Glasfasern, auf. Dabei zeichnen sich derartige Werkstoffe durch ihre höhere Elastizität und Dehnbarkeit im Vergleich zu z.B. Metall und Kunststoff aus, weshalb sie besonders geeignet sind, die Festigkeit des Verstärkungselements zu erhöhen und gleichzeitig dessen Elastizität und Dehnbarkeit zu beeinflussen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der bzw. werden die Festigkeitsträger von dem Elastomermaterial des Verstärkungselements vollkommen umschlossen. Hierdurch werden die äußeren Kontaktflächen des Verstärkungselements gegenüber dem Elastomermaterial des Balgteils ausschließlich durch das Elastomermaterial gebildet, sodass sich bei der Kombination von Verstärkungselement und Balgteil ausschließlich zwei Elastomermaterialien durchgängig berühren. Dies führt zu einer sehr guten Verbindung (Stoffschluss) zwischen Verstärkungselement und Balgteil, ohne dass ein Haftvermittler oder dergleichen verwendet werden muss.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umschließt das Elastomermaterial des Verstärkungselements die erste Öffnung des Balgteils in Umfangsrichtung vollkommen. Hierdurch wirkt die im Vergleich zu starren Materialien elastische Verstärkung des Verstärkungselements in radialer Richtung R über den gesamten Umfang der ersten, zapfenseitigen Öffnung des Balgteils, so dass auch die Vorteile der erfindungsgemäßen elastischen dynamischen Abdichtung über den gesamten Umfang zum Tragen kommen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen das Verstärkungselement und das Balgteil im Bereich der ersten Öffnung die gleichen Elastomermaterialien auf und das Elastomermaterial des Verstärkungselements weist eine größere Shore-Härte auf als das Elastomermaterial des Balgteils im Bereich der ersten Öffnung. Auf diese Weise wird der Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung des Balgteils durch eine Kombination eines „Hartgummis“ (Elastomermaterial des Verstärkungselements mit größerer Shore-Härte) und eines „Weichgummis“ (Elastomermaterial des Balgteils mit geringerer Shore-Härte) ausgebildet. Hierbei dient das „Hartgummi“ der Verstärkung, Versteifung oder Spannung der ersten, zapfenseitigen Öffnung, um zu verhindern, dass sich das Balgteil von dem Kugelgelenkzapfen lösen kann, und der „Weichgummi“ der dynamischen Abdichtung der ersten, zapfenseitigen Öffnung zwischen Balgteil und Kugelgelenkzapfen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind sowohl die erste Öffnung als auch die zweite Öffnung abdichtend ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, um die Gelenkkugel des Kugelgelenkzapfens z.B. vor Umwelteinflüssen zu schützen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die erste Öffnung wenigstens eine Dichtlippe auf. Hierdurch kann eine wirkungsvolle dynamische Abdichtung in diesem Bereich erzielt werden. Dabei umfasst der Begriff der „Dichtlippe“ auch eine Mehrzahl von Dichtlippen oder anderen dynamisch abdichtend wirkenden Ausgestaltungen in diesem Bereich. Eine solche Mehrzahl von Dichtlippen oder vergleichbaren Elementen kann auch als Dichtlabyrinth bezeichnet werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Verstärkungselement von dem Elastomermaterial des Balgteils im Bereich der ersten Öffnung vollkommen umschlossen. Dies ist vorteilhaft, da ein solcher erfindungsgemäßer Dichtungsbalg z.B. mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden kann, bei dem ein Verstärkungselement, welches ein Elastomermaterial aufweist, in eine Spritzgussform eingelegt und dann mit dem Elastomermaterial des Balgteils umspritzt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtungsbalgs mit den Schritten:
Positionieren des Verstärkungselements in einem Hohlraum einer Vorrichtung zum Vulkanisieren von Elastomermaterialien, wobei der Hohlraum im Wesentlichen der Form des Balgteils entspricht,
Einspritzen eines Elastomermaterials zum Ausfüllen des verbliebenen Hohlraums der Vorrichtung, und
Vulkanisieren des Elastomermaterials.
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Die Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtungsbalgs mittels dieses Verfahrens ist vorteilhaft, da ein separat gefertigtes Verstärkungselement in die Vulkanisierungsvorrichtung eingelegt werden kann. Somit kann ein bestehender Herstellungsprozess, bei dem bisher Verstärkungselemente aus z.B. Metall oder Kunststoff verwendet wurden, im Wesentlichen weiter geführt werden. Es wird lediglich ein Verstärkungselement aus einem anderen Werkstoff verwendet, d.h. in die Vulkanisierungsvorrichtung eingelegt, wodurch sich der Herstellungsablauf nicht wesentlich ändert. Dennoch wird der Herstellungsablauf vereinfacht und verkürzt, da das Verstärkungselement aus Elastomermaterial nicht mehr vor dem Einlegen in die Vulkanisierungsvorrichtung mit einem Haftvermittler versehen werden muss und dieser Arbeitsschritt eingespart werden kann. Ebenso werden die Kosten des Haftvermittlers eingespart, da dieser nicht mehr erforderlich ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtungsbalgs mit den Schritten:
Einspritzen eines ersten Elastomermaterials in einen Hohlraum einer Vorrichtung zum Vulkanisieren von Elastomermaterialien in den Bereich der ersten Öffnung des Balgteils, in dem das Verstärkungselement ausgebildet werden soll,
im Wesentlichen gleichzeitiges Einspritzen eines zweiten Elastomermaterials in den verbleibenden Hohlraum der Vorrichtung, und
Vulkanisieren der Elastomermaterialien.
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Die Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtungsbalgs mittels dieses Verfahrens ist vorteilhaft, da auf ein separat gefertigtes Verstärkungselement, welches in die Vulkanisierungsvorrichtung eingelegt werden muss, verzichtet werden kann. Vielmehr werden die beiden Elastomermaterialien des Verstärkungselements und des Balgteils mittels eines 2-Komponenten-Spritzgussverfahrens gemeinsam hergestellt, wodurch auch auf den Schritt des Einlegens des Verstärkungselements verzichtet werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines axialen Schnittes durch einen Dichtungsbalg mit einem herkömmlichen Verstärkungselement und einem Verstärkungselement gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 einen Ausschnitt aus der Darstellung der 1; und
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3 eine schematische Darstellung eines axialen Schnittes durch einen Dichtungsbalg mit einem herkömmlichen Verstärkungselement und einem Verstärkungselement gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines axialen Schnittes durch einen Dichtungsbalg 1 mit einem herkömmlichen Verstärkungselement 12a und einem Verstärkungselement 12b gemäß einer ersten Ausführungsform.
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Der Dichtungsbalg 1 weist ein Balgteil 10 auf, welches um ein gehäuseseitiges Ende eines Kugelgelenkzapfens vorgesehen werden kann, das in einem Gehäuse aufgenommen wird (nicht dargestellt). Das Balgteil 10 weist entsprechend eine erste Öffnung 11a auf, durch die der Kugelgelenkzapfen geführt wird, d.h. die erste Öffnung 11a umschließt den Kugelgelenkzapfen vollständig in Umfangsrichtung (nicht dargestellt). Die erste Öffnung 11a kann daher auch als zapfenseitige Öffnung 11a bezeichnet werden. Das Balgteil 10 weist ferner eine zweite Öffnung 11b auf, die sich um die Aufnahme des Gehäuses herum erstreckt, in der die Gelenkkugel des Kugelgelenkzapfens aufgenommen wird, d.h. die zweite Öffnung 11b umschließt die Aufnahme vollständig in Umfangsrichtung (nicht dargestellt). Die zweite Öffnung 11b kann daher auch als gehäuseseitige Öffnung 11b bezeichnet werden. Die Befestigung des Dichtungsbalgs 1 mit seiner gehäuseseitigen Öffnung 11b am Gehäuse kann z.B. durch Verschraubung oder Spann- bzw. Klemmelemente erfolgen (nicht dargestellt). Da diese gehäuseseitige Befestigung des Balgteils 10 fest, d.h. gegen verschieben und verdrehen gesichert, ausgeführt wird, kann sie als statisch abdichtend bezeichnet werden. Die zapfenseitige Befestigung des Balgteils 10 hingegen erlaubt eine Relativbewegung zwischen der ersten, zapfenseitigen Öffnung 11a des Balgteils 10 und dem Kugelgelenkzapfen und kann daher als dynamisch abdichtend bezeichnet werden.
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Das Balgteil 10 weist eine Außenwand 14 auf. Die zapfenseitige Öffnung 11a weist an ihrer radialen Innenfläche eine Abdichtung 13 aus, die sich in Umfangsrichtung erstreckt und z.B. durch Dichtlippen 13 (Dichtlabyrinth 13) ausgebildet sein kann. Die Öffnungen 11a, 11b sind um die Mittelachse A (Längsachse A) des Balgteils 10 ausgebildet, die auch gleichzeitig die Achse der Rotationssymmetrie des zylindrischen Balgteils 10 bildet. Von der Mittelachse A erstreckt sich der Radius R des Dichtungsbalgs 1.
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An seiner zapfenseitigen Öffnung 11a wird das Balgteil 10 des Dichtungsbalgs 1 herkömmlich mittels eines Verstärkungselements 12a oder Spannrings 12a verstärkt und am Kugelgelenkzapfen gehalten (siehe linke Hälfte der 1). Dieses herkömmliche Verstärkungselement 12a ist z.B. aus Metall oder Kunststoff gefertigt und von dem Elastomermaterial des Bereichs der zapfenseitigen Öffnungen 11a des Balgteils 10 umgeben. Da der herkömmliche Verstärkungsring 12a einen im Vergleich zu Elastomermaterialien starren Werkstoff aufweist, besteht herkömmlich in radialer Richtung R kaum bzw. gar keine Elastizität und Dehnbarkeit. Auch steht zur elastischen Abdichtung der zapfenseitigen Öffnung 11a lediglich das Elastomermaterial des Balgteils 10 zur Verfügung, welches sich radial innerhalb des herkömmlichen Verstärkungselements 12a befindet. Ist dieser Bereich radial sehr gering ausgebildet, so kann es zu einer ungenügenden Abdichtung im Bereich der zapfenseitigen Öffnung 11a kommen.
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Erfindungsgemäß wird daher ein Verstärkungselements 12b vorgesehen, welches anstelle eines starren Materials wie z.B. Metall oder Kunststoff ein Elastomermaterial 16 (siehe 2) aufweist (siehe rechte Hälfte der 1), so dass hierdurch eine höhere bzw. überhaupt eine Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R erreicht wird. Gleichzeitig weist das Elastomermaterial 16 des Verstärkungselements 12b eine größere Steifigkeit, d.h. geringere Elastizität und Dehnbarkeit, in radialer Richtung R auf als das Elastomermaterial des Balgteils 10 im Bereich der zapfenseitigen Öffnung 11a. Das Maß der Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R wird erfindungsgemäß dabei so vorgesehen, dass eine gewisse Elastizität und Dehnbarkeit zugelassen wird, damit sich die zapfenseitige Öffnung 11a dynamisch abdichtend an Kugelgelenkzapfen unterschiedlichen Durchmessers anlegen kann, z.B. um Fertigungstoleranzen oder geringfügig (z.B. ±0,5mm) unterschiedliche Durchmesser des Kugelgelenkzapfens auszugleichen. Gleichzeitig darf die Elastizität und Dehnbarkeit in radialer Richtung R lediglich so groß gewählt werden, dass ein Ablösen bzw. Abrutschen des Balgteils 10 mit seiner zapfenseitigen Öffnung 11a von dem Kugelgelenkzapfen sicher vermieden wird.
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Hierzu kann z.B. das Elastomermaterial des Balgteils 10 im Bereich der zapfenseitigen Öffnung 11a aus einem „weichen“ Elastomermaterial mit z.B. einer Shore-Härte von ca. 50 bis 60 (CR 50–60 Shore A) und das Elastomermaterial 16 des Verstärkungselements 12b aus einem „harten“ Elastomermaterial mit z.B. einer Shore-Härte von ca. 80 bis 90 (CR 80–90 Shore A) vorgesehen werden. Dabei werden vorzugsweise die gleichen Elastomermaterialien verwendet, lediglich mit unterschiedlichen Shore-Härten.
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Der Dichtungsbalg 1 des ersten Ausführungsbeispiels wird dabei mit dem herkömmlichen Fertigungsverfahren hergestellt, d.h. statt eines Verstärkungselements 12a aus z.B. Metall wird lediglich ein anderes Verstärkungselement 12b in die Vulkanisierungsform eingelegt, welches erfindungsgemäß ein Elastomermaterial 16 aufweist.
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2 zeigt einen Ausschnitt X aus der Darstellung der 1. In dieser Darstellung wird im Detail gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verstärkungselement 12b zwar vollständig aus dem Elastomermaterial 16 bestehen kann, dies jedoch nicht muss. Vielmehr kann das Verstärkungselement 12b Festigkeitsträger 15 aufweisen, die von den Elastomermaterial 16 teilweise oder vollständig umschlossen werden. Dabei sind insbesondere Glasfasern als derartige Festigkeitsträger 15 geeignet. Es kann ein einzelner Festigkeitsträger 15 oder auch eine Vielzahl von Festigkeitsträgern 15 verwendet werden. Der bzw. die Festigkeitsträger 15 kann bzw. können in Umfangsrichtung als geschlossener Kreis bzw. geschlossene Kreise verlaufen und ringförmig im Verstärkungselement 12b angeordnet sein.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines axialen Schnittes durch einen Dichtungsbalg 1 mit einem herkömmlichen Verstärkungselement 12a und einem Verstärkungselement 12b gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei unterscheidet sich der Dichtungsbalg 1 der zweiten Ausführungsform lediglich dadurch von dem der ersten Ausführungsform, dass sich das Verstärkungselement 12b bei der zweiten Ausführungsform bis zur Außenwand 14 des Balgteils 10 erstreckt, d.h. bis an die äußere Oberfläche 14 (zum äußeren Rand 14) in radialer Richtung R des Balgteils 10. In anderen Worten bedeutet dies, dass das Verstärkungselement 12b nicht vollständig von dem Elastomermaterial des Balgteils 10 umschlossen ist.
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Diese Ausführungsform ermöglicht die Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtungsbalgs 1 durch ein 2-Komponenten-Spritzgussverfahren, bei dem das Elastomermaterial 16 des Verstärkungselements 12b und das Elastomermaterial des Balgteils 10 zusammen und im wesentlichen gleichzeitig in die Form der Vulkanisierungsvorrichtung eingespritzt werden. Hierdurch erstreckt sich der Bereich des Verstärkungselements 12b bis an den Rand 14 des Balgteils 10.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Mittelachse des Dichtungsbalgs 1, Achse der Rotationssymmetrie
- R
- radiale Richtung bzw. Radius des Dichtungsbalgs 1, senkrecht zur Mittelachse A
- X
- Ausschnitt im Bereich der ersten, zapfenseitigen Öffnung 11a des Balgteils 10
- 1
- Dichtungsbalg
- 10
- Balgteil
- 11a
- erste, zapfenseitige Öffnung des Balgteils 10
- 11b
- zweite, gehäuseseitige Öffnung des Balgteils 10
- 12a
- Verstärkungselement bzw. Spannring gemäß Stand der Technik
- 12b
- Verstärkungselement bzw. Spannring gemäß Erfindung
- 13
- Abdichtung bzw. Dichtlippe der ersten, zapfenseitigen Öffnung 11a
- 14
- Außenwand des Balgteils 10
- 15
- Festigkeitsträger, insbesondere Glasfasern, des Verstärkungselements 12b
- 16
- Elastomermaterial des Verstärkungselements 12b
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19900072 A1 [0005]
- DE 3705847 A1 [0005]
- DE 9206847 U1 [0005]
- DE 19843063 C1 [0007, 0008]
- DE 102004058944 A1 [0007, 0008]
