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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für ein Kugelgelenk eines Fahrwerks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus dem Fahrzeugbau sind Kugelgelenke allgemein bekannt. Diese werden bei der Konstruktion eines Fahrwerks insbesondere eingesetzt, um Fahrwerkskomponenten gelenkbeweglich miteinander zu verbinden. In diesem Zusammenhang sei ganz allgemein beispielhaft auf die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 030 747 A1 verwiesen, die ein Kugelgelenk beschreibt. Als wesentliche Konstruktionselemente umfasst ein Kugelgelenk stets ein Gelenkgehäuse sowie einen Kugelzapfen. Der Kugelzapfen weist üblicherweise ein Kugelteil und ein davon abragendes Zapfenteil auf und ist mittels des Kugelteils dreh- und schwenkbeweglich gegenüber dem Gelenkgehäuse gelagert. Das Kugelteil des Kugelzapfens wird dazu von dem Gelenkgehäuse aufgenommen, wobei aus verschiedenen konstruktiven Gründen (z.B. Reduzierung von Reibwiderstand bzw. Verschleiß, Schwingungsdämpfung) oftmals eine Lagerschale (auch Gleitschale genannt) zwischen Kugelteil und Gelenkgehäuse angeordnet ist, wie u.a. in
DE 10 2005 030 747 A1 beschrieben.
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Im betrieblichen Einsatz eines Kugelgelenks, also im Einbauzustand in einem Fahrzeug, ragt das Zapfenteil des Kugelzapfens – zur Verbindung des Kugelzapfens mit einem Fahrwerksbauteil – üblicherweise zumindest teilweise in eine an dem Fahrwerksbauteil ausgebildete Ausnehmung hinein, um von dieser formschlüssig aufgenommen zu sein. Kugelzapfen und Fahrwerksbauteil sind auf diese Weise lösbar aneinander befestigt.
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Zur Gewährleistung eines sicheren und dauerhaften Betriebes ist es notwendig, das Innere des Kugelgelenks vor Feuchtigkeit und/oder Verunreinigungen zu schützen. Im Fahrzeugbau verwendete Kugelgelenke sind daher zumeist mit einem Dichtsystem ausgestattet, das üblicherweise einen den Kugelzapfen bereichsweise umgebenden, schlauchähnlichen Dichtungsbalg umfasst, der mit einem Ende gehäuseseitig und mit seinem gegenüberliegenden Ende zapfenseitig verbaut ist, um auf diese ein Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Verunreinigungen zu verhindern.
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Zur Anbindung des zapfenseitigen Randabschnitts des Dichtungsbalges sind verschiedene technische Lösungen aus dem Stand der Technik bekannt. Gemäß
DE A110 2005 030 747 A1 ist am zapfenseitigen Randabschnitt des Dichtungsbalges, welcher gemäß der dortigen
1 unmittelbar an einem konischen Abschnitt des Zapfenteils anliegt, eine außenumfänglich verlaufende Nut ausgebildet, die einen Runddrahtspannring aufnimmt, um den zapfenseitigen Randabschnitt des Dichtungsbalges an das Zapfenteil anzupressen. Zur Abdichtung des Dichtungsbalges gegenüber einem mit dem Zapfenteil verbindbaren Fahrwerksbauteil (dieses ist in
DE 10 2005 030 747 A1 nicht gezeichnet) enthält die Schrift keine näheren Angaben.
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Unter anderem ist es aus der Praxis bekannt, zur Abdichtung des zapfenseitigen Randabschnitts des Dichtungsbalgs gegenüber dem Fahrwerksbauteil einen Laufring zu verwenden, auf den ein elastisches Dichtungsmaterial (z.B. Gummi) vulkanisiert ist. Der Vorgang des Vulkanisierens stellt einen nachteiligen Aufwand bei der Herstellung dar.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung gemäß der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit welcher sich auf konstruktiv einfache Weise und bei Gewährleistung einer einfachen Herstellbarkeit eine zuverlässige und sichere Abdichtung im Bereich des Zapfenteils des Kugelgelenks erzielen lässt.
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Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Dichtungsanordnung gemäß dem Patentanspruch 1. Es handelt sich dabei um eine Dichtungsanordnung für ein Kugelgelenk eines Fahrwerks mit einem dem Kugelgelenk zugeordneten Kugelzapfen, der ein Kugelteil und ein davon abragendes Zapfenteil umfasst und mittels des Kugelteils dreh- und schwenkbeweglich gegenüber einem Gelenkgehäuse gelagert ist. Dabei ragt das Zapfenteil zur Verbindung des Kugelzapfens mit einem Fahrwerksbauteil zumindest teilweise in eine an diesem ausgebildete Ausnehmung hinein, um von dieser formschlüssig aufgenommen zu sein. Die Dichtungsanordnung zeichnet sich erfindungsgemäß aus durch einen am Zapfenteil anliegenden Laufring, der gegenüber dem Fahrwerksbauteil mittels eines O-Rings abgedichtet ist.
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Dabei wurde zunächst erkannt, dass es zur Ermöglichung von Dreh- und Schwenkbewegungen des Kugelgelenks günstig ist, im Bereich des Zapfenteils einen sogenannten Laufring anzuordnen, der vorteilhaft umfänglich am Zapfenteil anliegt. Bei dem Laufring kann es sich um ein auf prinzipiell unterschiedliche Weise gestaltetes Bauteil handeln, welches sich aufgrund seiner Formgebung und/oder sonstigen Gestaltung zur Aufnahme eines zapfenseitigen Randabschnitts eines Dichtungsbalgs eignet. Der zapfenseitige Randabschnitt des Dichtungsbalgs kontaktiert den Laufring vorzugsweise gleitend, d. h. dass der am Zapfenteil anliegende Laufring sich zusammen mit dem Kugelzapfen um eine Mittelachse des Kugelzapfens gegenüber dem Gelenkgehäuse drehen kann, wobei zwischen zapfenseitigem Randabschnitt des Dichtungsbalges und Laufring eine umfängliche Gleitbewegung stattfindet.
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Der Laufring, der bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, ist gegenüber dem Fahrwerksbauteil erfindungsgemäß mittels eines O-Rings abgedichtet. Bei dem O-Ring kann es sich auf vorteilhafte Weise um ein standardisiertes Bauteil aus einem Elastomer, insbesondere aus Gummi handeln. Zur Erzielung einer Abdichtung zwischen Laufring und Fahrwerksbauteil ist der O-Ring zweckmäßigerweise zwischen Laufring und Fahrwerksbauteil angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Dichtungsanordnung ist der O-Ring mit dem Laufring stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben verbunden. Die Montage wird hiermit insgesamt vereinfacht, da sich die Anzahl zu handhabender Bauteile dadurch verringert.
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Alternativ oder ergänzend kann der O-Ring mit dem Laufring formschlüssig verbunden sein, insbesondere indem der O-Ring in eine am Laufring ausgebildete Ausnehmung oder Nut eingesetzt ist. Mit entsprechender Formgebung des Laufrings könnte also der O-Ring mit dem Laufring verbunden sein, ohne dass hierzu ein Klebevorgang notwendig ist. Ein ergänzendes Kleben ist selbstverständlich möglich, um die Verbindungssicherheit zu erhöhen.
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Zur Ausbildung einer Ausnehmung oder Nut im Laufring ist es denkbar, dass diese durch eine Materialumformung, insbesondere durch Stanzen des Laufrings gebildet ist. Eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit des Laufrings ist damit gewährleistet.
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Zweckmäßigerweise ist der O-Ring in einem zwischen Fahrwerksbauteil und Laufring gebildeten Ringraum angeordnet. Der O-Ring erstreckt sich dabei vorteilhaft vollumfänglich um die Mittelachse des Kugelzapfens, um über den gesamten Umfang eine Abdichtwirkung zwischen Fahrwerksbauteil und Laufring zu erzielen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Dichtungsanordnung sieht vor, dass der Laufring wenigstens einen sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt aufweist, der einem sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt des Fahrwerksbauteils gegenüberliegt. Fahrwerksbauteil und Laufring weisen somit sich parallel erstreckende Abschnitte auf, welche in axialer Richtung den den O-Ring aufnehmenden Ringraum begrenzen.
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Gemäß einer konstruktiv bevorzugten Weiterbildung der Dichtungsanordnung gliedern sich die in Radialrichtung erstreckenden Abschnitte am Laufring in einen radial inneren Abschnitt und einen radial äußeren Abschnitt, wobei der O-Ring an einem radial dazwischen liegenden Dichtabschnitt angeordnet ist. Der O-Ring verläuft somit ringförmig zwischen dem radial inneren Abschnitt und dem radial äußeren Abschnitt.
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Vorzugsweise ist bei der wie zuvor beschriebenen Dichtungsanordnung der radial äußere Abschnitt gegenüber dem radial inneren Abschnitt zumindest im Vormontagezustand axial versetzt, so dass der Kontaktbereich des Fahrwerksbauteils dem radial inneren Abschnitt in Axialrichtung näher ist, als dem radial äußeren Abschnitt. Der damit vorliegende Höhenversatz gewährleistet, dass bei der Montage des Kugelzapfens mit dem Fahrwerksbauteil stets zunächst der Kontakt zwischen radial innerem Abschnitt des Laufrings und dem Fahrwerksbauteil hergestellt wird und nicht zwischen radial äußerem Abschnitt und Fahrwerksbauteil. Durch diese Maßnahme wird die Gefahr verhindert, dass der Laufring während der Montage umklappt, insbesondere während des Fügevorgangs des Fahrwerksbauteils auf das Zapfenteil.
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Wie zuvor erwähnt, dient der Laufring insbesondere zur Aufnahme eines zapfenseitigen Randabschnitts eines Dichtungsbalgs. Bevorzugt ist dem zapfenseitigen Randabschnitt des Dichtungsbalgs ein Spannring zugeordnet. Es kann sich hierbei beispielsweise um einen Rund- oder Flachdrahtspannring handeln, welcher dazu geeignet ist, den zapfenseitigen Randabschnitt des Dichtungsbalgs in radialer Richtung an den Laufring anzupressen.
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Zweckmäßigerweise stützt sich der zapfenseitige Randabschnitt des Dichtungsbalgs ausschließlich mittels des Laufrings gegenüber dem Zapfenteil ab. Ein direkter Kontakt des Dichtungsbalgs gegenüber dem Kugelzapfen oder dem Fahrwerksbauteil besteht somit nicht. Bei entsprechender Ausführung des Laufrings lässt sich auf diese Weise die Reibung zwischen den sich im Betrieb des Kugelgelenks bewegenden Bauteilen gering halten.
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Zur Erzielung der zuvor genannten Wirkungen kann der bei der beschriebenen Dichtungsanordnung zum Einsatz kommende Laufring unterschiedliche Formgebungen aufweisen. Vorteilhaft weist der Laufring einen sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Kontaktbereich auf, der an einer insbesondere konischen Außenfläche des Zapfenteils des Kugelzapfens anliegt.
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Indem der Laufring wenigstens einen sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitt sowie einen sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Kontaktbereich aufweist, kann der Laufring vorteilhaft als einteiliges Bauteil ausgeführt sein, das im Querschnitt ein annähernd L-förmiges Profil aufweist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben und näher erläutert. Daraus ergeben sich auch weitere vorteilhafte Wirkungen der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine Dichtungsanordnung für ein Kugelgelenk eines Fahrwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Quer- schnittsansicht im vormontierten Zustand,
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2 ein Detail der in 1 gezeigten Dichtungsanordnung,
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3 eine Teildarstellung der Dichtungsanordnung vor dem Fügevorgang,
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4 eine Teildarstellung der Dichtungsanordnung nach vollständigem Abschluss des Fügevorgangs.
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1 zeigt eine Dichtungsanordnung für ein Kugelgelenk
1 eines Fahrwerks in schematischer Schnittdarstellung in vormontiertem Zustand. Das Kugelgelenk
1 ist dabei nicht vollständig dargestellt, es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Einzelheiten gezeigt. Das Kugelgelenk
1, welches insbesondere im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs zur schwenk- und drehbeweglichen Verbindung zweier Fahrwerksbauteile zum Einsatz kommt, weist einen Kugelzapfen
3 auf. Der Kugelzapfen
3 umfasst ein Kugelteil
4 sowie ein davon entlang einer Mittelachse
14 abragendes Zapfenteil
5 und ist als ein bezogen auf die Mittelachse
14 insgesamt rotationssymmetrisches Bauteil ausgeführt. Der Kugelzapfen
3 ist mittels des Kugelteils
4 von einem Gelenkgehäuse
2 (lediglich durch das Bezugszeichen
2 angedeutet) aufgenommen und ist diesem gegenüber dreh- und schwenkbeweglich gelagert. Zwischen Kugelteil
4 und Gelenkgehäuse
2 kann eine hier nicht dargestellte Lagerschale angeordnet sein, wie beispielsweise in
DE 10 2005 030 747 A1 beschrieben.
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Das Zapfenteil 5 des Kugelzapfens 3 weist einen Querschnitt auf, der sich bezogen auf den Verlauf der Mittelachse 14 abschnittsweise zu einem dem Kugelteil 4 abgewandten Ende des Kugelzapfens 3 hin konisch verjüngt. Das Zapfenteil 5 des Kugelzapfens 3 ragt teilweise in eine Ausnehmung 7 hinein, die an einem Fahrwerksbauteil 6 ausgebildet ist. Ein Teil der konischen Außenfläche des Zapfenteils 5 kommt dabei zur Anlage mit einer entsprechend konisch ausgebildeten Innenfläche der Ausnehmung 7 des Fahrwerksbauteils 6. Der Kugelzapfen 3 ist auf diese Weise formschlüssig mit dem Fahrwerksbauteil 6 verbunden. Bei dem Fahrwerksbauteil 6 kann es sich beispielsweise um einen Radträger oder eine sonstige Fahrwerkskomponente handeln. Zur Gewährleistung einer sicheren Verbindung zwischen Kugelzapfen 3 und Fahrwerksbauteil 6 ist zweckmäßigerweise eine – hier nicht dargestellte – axiale Sicherung vorgesehen, beispielsweise in Form einer zapfenendseitig angebrachten Sicherungsmutter.
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Zum Schutz des Kugelgelenks 1 vor Feuchtigkeit und/oder Verunreinigungen ist diesem auf für sich bekannte Weise ein Dichtungsbalg 10 zugeordnet. Es handelt sich bei dem Dichtungsbalg 10 um ein schlauchähnliches, etwa rotationssymmetrisches Bauteil aus Elastomermaterial. Der Dichtungsbalg 10 liegt einerseits am Gelenkgehäuse 2 mittels eines nicht näher dargestellten gehäuseseitigen Randabschnitts 11 an und kontaktiert mit einem zapfenseitigen Randabschnitt 12 einen Laufring 8. Der zapfenseitige Randabschnitt 12 des Dichtungsbalgs 10 stützt sich ausschließlich mittels des Laufrings 8 gegenüber dem Zapfenteil 5 ab. Bei dem Laufring 8 handelt es sich um ein einteilig gefertigtes metallisches Bauteil mit einem annähernd L-förmigen Querschnittsprofil.
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Wie in 2 im Detail zu sehen, weist der Laufring 8 einen sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Kontaktbereich 8d auf, der an der konischen Außenfläche des Zapfenteils 5 des Kugelzapfens 3 anliegt. Der Laufring 8 ist somit am Kugelzapfen 3 befestigt. Der sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende Kontaktbereich 8d des Laufrings 8 bildet einen ersten Schenkel eines Ls. Ein zweiter L-Schenkel des Laufrings 8 wird gebildet durch zwei sich in Radialrichtung erstreckende Abschnitte 8a, 8b. Der zapfenseitige Randabschnitt 12 des Dichtungsbalgs 10 liegt mit mehreren Dichtlippen am Laufring 8 an und wird von diesem gleitbeweglich aufgenommen. Im Falle einer Drehbewegung des Kugelzapfens 3 um dessen Mittelachse 14 können der zapfenseitige Randabschnitt 12 des Dichtungsbalges 10 und der Laufring 8 sich relativ zueinander in Umfangsrichtung bewegen, insbesondere umfänglich aneinander gleiten.
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Die am zapfenseitigen Randabschnitt 12 des Dichtungsbalgs 10 ausgebildeten Dichtlippen erzielen eine Abdichtwirkung gegenüber dem Laufring 8. Damit auch zwischen dem Laufring 8 und dem Fahrwerksbauteil 6 bzw. dem Zapfenteil 5 des Kugelzapfens 3 eine hinreichende Abdichtung erzielt wird, ist der Laufring 8 gegenüber dem Fahrwerksbauteil 6 mittels eines O-Rings 9 abgedichtet. Bei dem O-Ring 9 handelt es sich um einen für sich gesehen handelsüblichen O-Ring aus einem Elastomermaterial.
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Wie in 2 zu sehen, ist der O-Ring 9 in eine Nut 13 eingesetzt, die am Laufring 8 an einem Dichtabschnitt 8c ausgebildet ist. Der Dichtabschnitt 8c am Laufring 8 befindet sich zwischen dem radial inneren Abschnitt 8b und dem radial äußeren Abschnitt 8a. Die im Laufring 8 ausgebildete Nut 13 ist durch Materialumformung, insbesondere durch Stanzen hergestellt. Zur Sicherung des O-Rings 9 in der Nut 13 kann der O-Ring 9 mit dem Laufring 8 verklebt sein. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine vereinfachte Handhabung bei der Montage der Dichtungsanordnung aufgrund reduzierter Teileanzahl.
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Aus 2 lässt sich entnehmen, dass der in die Nut 13 des Laufrings 8 eingelegte O-Ring 9 in einem – noch unverformten – Vormontagezustand (der in den 1 und 2 zu sehen ist) einen Querschnitt aufweist, der größer ist als der durch die Nut 13 bereitgestellte Querschnitt. Der O-Ring ragt daher in Axialrichtung (bezogen auf die Mittelachse 14) sowohl über eine an den radial inneren Abschnitt 8b angrenzende Radialebene als auch über eine an den radial äußeren Abschnitt 8a angrenzende Radialebene hinaus.
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Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Vormontagezustand kontaktiert der O-Ring 9 das Fahrwerksbauteil 6 an dem Abschnitt 6a, jedoch liegt zwischen Laufring 8 und Fahrwerksbauteil 6 kein unmittelbarer Kontakt vor. Wie weiterhin 2 zu entnehmen, ist der radial äußere Abschnitt 8a des Laufrings 8 gegenüber dem radial inneren Abschnitt 8b axial versetzt. Dieser axiale Versatz ist als Abstand d gekennzeichnet. Aufgrund dieses axialen Versatzes ist der Kontaktbereich 6a des Fahrwerksbauteils 6 dem inneren Abschnitt 8b des Laufrings in Axialrichtung näher als dem radial äußeren Abschnitt 8a. Der axiale Versatz d kann gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 0,25 mm betragen. Diese Maß kann abhängig von den jeweiligen Einbaubedingungen variieren und demzufolge auch deutlich von dem genannten Maß abweichen.
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Die Wirkung des axialen Versatzes ist, dass bei einer Montage der Dichtungsanordnung, insbesondere der Montage des Kugelzapfens 3 an dem Fahrwerksbauteil 6, der O-Ring 9 im Laufe des Fügevorgangs zunächst am Fahrwerksbauteil 6 anliegt (in 2 gezeigter Zustand), ohne dass der Laufring 8 das Fahrwerksbauteil 6 kontaktiert. Erst bei weiterem Fortschritt des Fügevorgangs (Fahrwerksbauteil 6 wird in Axialrichtung 14 auf den Kugelzapfen 3 aufgeschoben) setzt eine Verformung des O-Rings 9 ein, bis im Endzustand der Montage der Laufring 8 mit seinem radial inneren Abschnitt 8b am Fahrwerksbauteil 6 anliegt und somit eine weitere Fügebewegung des Fahrwerksbauteils 6 behindert. Dieser Endzustand, bei dem der O-Ring 9 zwischen Laufring 9 und Fahrwerksbauteil 6 einen verformten Zustand einnimmt und somit eine zur Abdichtung zwischen den Bauteilen gewünschte Dichtkraft entwickelt, ist in 4 dargestellt.
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Dabei gewährleistet der axiale Versatz d, dass während des Fügevorgangs stets zunächst der radial innere Abschnitt 8b das Fahrwerksbauteil 6 kontaktiert, während der radial äußere Abschnitt 8a das Fahrwerksbauteil 6 entweder gar nicht – oder erst zu einem späten Zeitpunkt des Fügevorgangs – mit dem Fahrwerksbauteil 6 in Kontakt gerät. Ein ungewolltes Umklappen des Laufrings 8 während der Montage wird damit wirksam verhindert.
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Aus der Darstellung gemäß 4, welche die Dichtungsanordnung nach abgeschlossenem Fügevorgang zeigt, lässt sich der in 2 deutlich gemachte axiale Versatz d nicht mehr erkennen. Dies ist bedingt durch den anderen Zeichnungsmaßstab bzw. das bezogen auf die Bauteilgröße verhältnismäßig geringe Maß des Versatzes d, sowie dadurch, dass sich der Laufring aufgrund des Fügevorgangs verformt hat.
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3 zeigt einen Abschnitt des Zapfenteils 5 mit aufgebrachtem Laufring 8 vor dem Fügevorgang mit einem Fahrwerksbauteil 6. Es lässt sich erkennen, dass der bereits am Laufring 8 eingelegte O-Ring 9 in diesem (noch weitestgehend unverformten) Zustand in axialer Richtung über eine an den Laufring 8 untenseitig (= dem Fahrwerksbauteil zugewandt) angrenzende Radialebene hervorsteht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgelenk
- 2
- Gelenkgehäuse
- 3
- Kugelzapfen
- 4
- Kugelteil
- 5
- Zapfenteil
- 6
- Fahrwerksbauteil
- 6a
- Abschnitt
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Laufring
- 8a
- radial äußerer Abschnitt
- 8b
- radial innerer Abschnitt
- 8c
- Dichtabschnitt
- 8d
- Kontaktbereich
- 9
- O-Ring
- 10
- Dichtungsbalg
- 11
- gehäuseseitiger Randabschnitt
- 12
- zapfenseitiger Randabschnitt
- 13
- Nut
- 14
- Mittelachse
- 15
- Spannring
- d
- axialer Versatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005030747 A1 [0002, 0002, 0005, 0005, 0027]
