DE1908265A1

DE1908265A1 - Dichtung zur Abdichtung des Spalts zwischen einer Lagerschale und einem Lagerzapfen

Info

Publication number: DE1908265A1
Application number: DE19691908265
Authority: DE
Inventors: Meyers Richard Paul
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1968-04-16
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1969-10-23
Also published as: US3479840A; FR2006257A1; GB1210191A; DE1908265B2; SE347563B

Description

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Dana Corporation -I Q Π Ρ 9 Γ £

Toledo, OMo, V.St.A₀

Dichtung zur Abdichtung des Spalts zwischen einer Lagerschale und einem Lagerzapfen

Die Erfindung betrifft eine mehrlippige Labyrinthdichtung zur Verwendung bei einem Kardan- bzw. Kreuzgelenk zur Abdichtung des Spalts zwischen dem Lagerzapfen des Lagerkreuzes und dem offenen Ende der das Lagerkreuz drehbar lagernden Lagerzapfen-Lagerschale.

Dichtungen zum Verschließen des Spalts zwischen dem Lagerzapfen und dem offenen Ende der Lagerschale sind an sich bekannt; sie dienen dazu, zu gewährleisten, daß das in der Lagerschale enthaltene Schmiermittel nicht aus dieser austritt und keine Verunreinigungen von außen in die Lagerschale eindringen, wo sie eine einwandfreie Lagerschmierung behindern wurden.

Die bekannten Einrichtungen zur Abdichtung des Spalts zwischen dem offenen Ende der Lagerschale bzw. des Lagernapfes und dem Lagerzapfen besaßen verschiedenartige Gestalt in Form von ein- oder mehrlippigen Dichtungen mit metallenen Stützgliedern. Diese Vorrichtungen besaßen jedoch keine Mittel zum Schutz des elastischen Materials vor der Einwirkung von äußeren Verunreinigungen durch eine Labyrinth-Di chtungsanordnung, sondern verwendeten die Metallglieder lediglich als Vorbelastungselemente zur Aufrechterhaltung einer Dichtungsberührung durch das elastische Material, nachdem sich dieses abgenutzt hat oder gealtert ist.

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Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Linie die Schaffung einer -Dichtung mit einem elastischen Werkstoff zur Abdichtung des Spalts zwischen dem offenen Ende der Lagerschale und dem Lagerzapfen, welche das Schmiermittel in der Lagerschale zurückzuhalten und das Eindringen von Verunreinigungen und Verschmutzungsstoffen zu verhindern vermag. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Einrichtung Verunreinigungen daran hindern, das elastische Dichtmaterial zu erreichen.

Die erfindungsgemäße elastische Mehrlippendichtung zeiehnet sich speziell dadurch aus, laß sie sich bei erhöhten Drehzahlen enger abdichtend an den Lagerzapfen anlegt, und besitzt den Vorteil, daß sie zum Schmieren des Nadellagers nicht ausgebaut zu werden braucht.

Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine Dichtung zur Abdichtung des Spalts zwischen einer Lagerschale und einem Lagerzapfen^die gekennzeichnet ist durch eine den Lagerzapfen umgebende ringförmige Metallplatte, ein den Lager— zapfen zwischen der Lagerfläche und der ringförmigen Metallplatte umschließendes ringförmiges elastomeres Glied, das mit der ringförmigen Metallplatte verbunden bzw. verklebt ist, und ein ringförmiges, U-förmigen Querschnitt besitzendes, den Lagerzapfen mit Abstand von der ringförmigen Metallplatte umschließendes Metallglied, welches das ringförmige elastomere Glied sowie die ringförmige Metallplatte teilweise umschließt und zwischen beiden Teilen eine Labyrinthdichtung bildet.

Im folgenden ist die Erfindung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Aufsicht zur Veranschaulichung einer -Oichtungseinrichtung mit den Merkmalen der Erfindung in Anwendung auf ein Lagerkreuz mit auf dieses aufgesetzten Lagerschalen und

Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Teils des Spalts zwischen dem offenen Ende der Lagerschale und dem Lagerzapfen, in welcher die den Spalt abdichtende üichtungseinrichtung näher veranschaulicht ist.

In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen bezieht sich der Ausdruck "axial" auf die Achse des Lagerzapfens des Lagerkreuzarms, während der Ausdruck "radial" die senkrecht zur Achse des Lagerkreuzarms verlaufende Richtung bezeichnet.

Gemäß Fig. 1 weist ein Lagerkreuz 10 eines Kardan- bzw, Kreuzgelenks 11 einen zentralen Körper 12 mit vier um seinen Umfang herum auf gleiche Abstände voneinander verteilten Lagerzapfen 14 von im wesentlichen zylindrischer Gestalt auf, die einstückig mit dem Körper 12 ausgebildet sind, so daß sie zusammen mit letzterem eine einstückige Anordnung bilden« Auf das in Axialrichtung äußere Ende jedes Lagerzapfens 14 ist eine napfförmige Lagerschale 16 aufgesetzt, die auf passende Weise mit einem nur teilweise angedeuteten zugehörigen Gabelarm 17 eines Gabelkopfes des Kreuzgelenks 11 verbunden werden kann. Da alle Lagerschalen 16 und Lagerzapfen 14 jeweils gleich angeordnet sind, wird im folgenden nur auf eine einzige Lagerschale mit zugeordnetem Lagerzapfen Bezug genommen.

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Eine axiale Außenfläche 20 dieses Lagerzapfens 14 und eine axiale Innenfläche 22 einer Kappe bzw. eines geschlossenen Endes 24 der zugehörigen Lagerschale 16 stehen in schububertragendem Verhältnis in Drehberührung miteinander und begrenzen die "Verschiebung des Lagerzapfens 14 relativ zur Lagerschale 16. Eine die Außenfläche des zylindrischen Lagerzapfens 14 bildende äußere zylindrische Umfangsflache 26 und eine durch die Lagerschale 16 festgelegte zylindrische Innenfläche 28 sind auf Abstand voneinander angeordnet und nehmen in dem zwischen ihnen gebildeten Zwischenraum eine ringförmige Anordnung von Lagernadeln 30 auf, welche mit der zylindrischen Innenfläche 28 der Lagerschale und der Umfangsfläche 26 des Lagerzapfens in Abwälzberührung stehen und hierdurch eine praktisch reibungsfreie Drehbewegung zwischen beiden Teilen ermöglichen.

Gemäß Fig. 2 ist eine dichtung 40 vorgesehen, um den zwischen dem offenen Ende der Lagerschale 16 und dem Lagerzapfen 14 gebildeten Spalt abzudichten. Die -Dichtung 40 weist einen ringförmigen Metallabschnitt 42 von gemäß Fig.2 im wesentlich umgekehrt L-förmigem Querschnitt, einen ringförmigen, nachgiebigen elastomeren Abschnitt 44» der unter Bildung einer einstückigen Anordnung mit dem ringförmigen Metallabschnitt 42 verklebt ist, sowie einen zweiten ringförmigen Metallabschnitt 46 von im wesentlichen U-förmigem Querschnitt auf, welcher in der Sohle seiner Biegung einen Teil des elastomeren Abschnitts 44 aufnimmt.

Das in Radialrichtung innere Ende des Lagerzapfens 14 ist mit drei Dichtflächen versehen von denen die eine (50) in der Nähe des axialen Außenendes des Lagerzapfens 14 liegt und in Dichtberührung mit einer Ringlippe 52 steht, welche am Innenumfang des nachgiebigen elastomeren Abschnitts 44 ausgebildet ist. Die zweite Dichtfläche 54 liegt in Axialrichtung einwärts von der Dichtfläche 50 neben dieser, besitzt etwas größeren Durchmesser als diese und berührt

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mit Preßsitz eine seitlich, und radial am weitesten innen gelegene Fläche 55 des U-förmigen Metallabschnitts 46, so daß sich der U-förmige Metallabschnitt 46 mit dem Lagerzapfen mitdreht. Im Anschluß an die zweite Dichtfläche 54 des Lagerzapfens 14 ist eine dritte, unter einem spitzen Winkel zur Achse des Lagerzapfens 14 gedrehte Dichtfläche 56 vorgesehen, an welcher die innerste Fläche des U-förmigen Metallabschnitts 46 anliegt. Die Dichtfläche 56 gewährleistet außerdem einen glatten Übergang zwischen dem zentralen Körper 12 und dem Lagerzapfen 14 und bildet auch eine Anschlagfläche, die zur Gewährleistung eines einwandfreien Abstands des U-förmigen Metallabschnitts 46 der Dichtung 40 in Axialrichtung einwärts gegenüber der axialen Außenfläche 20 des Lagerzapfens 14 erforderlich ist. Eine zweite Ringlippe 45 des nachgiebigen elastomeren Abschnitts 44 steht ebenfalls in Dichtberührung mit einem unter einem spitzen Winkel abgewinkelten Schenkel 48 des U-förmigen Metallabschnitts 46. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Ringlippen 52 und 45 jeweils gemäß Fig. 2 als Kanten ausgebildet sind, so daß diese Ringlippen anfänglich eine "Linienberührung" herstellen, wodurch das Fehlen von abgerundeten Ecken und einer mangelhaften Abdichtung gewährleistet wird.

Das offene Ende der Lagerschale 16 ist mit einer G-egenbohrung versehen und legt hierdurch eine axial verlaufende Ringfläche 59 sowie eine seitlich, bzw. radial verlaufende Schulter 60 fest. Der L-förmige Metallabschnitt 42 ist in die Lagerschale eingepresst, wobei ein axial verlaufender Schenkel 43 dieses Metallabschnitts mit Preßsitz an der Ringfläche 59 anliegt, während ein seitlich bzw. radial abstehender Schenkel 62 des L-förmigen Metallabschnitts 42 an der Schulter 60 anliegt. Die Schulter 60 legt den

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L-förmigen Metallabschnitt 42 in seiner einwandfreien len inneren Lage gegenüber der radialen Außenfläche 20 des Lagerzapfens 14 fest, während der L-förmige Metallabschnitt 42 seinerseits die Lagernadeln 30 in Axialrichtung ausrichtet, indem er in dieser Lage mit ihnen in Berührung steht.

Im in Fig. 2 veranschaulichten zusammengebauten Zustand der Dichtung wird die erste Singlippe 52 durch die -dichtfläche 50 parallel zur Achse des Lagerzapfens 14 axial nach außen gedrängt. Bei zunehmender Drehzahl des Kreuzgelenks 10 ist die auf die Ringlippe 52 einwirkende Zentrifugalkraft bestrebt, diese axial weiter nach außen zu drängen, wobei sie bestrebt ist oder gezwungen wird, sich in festere Abdichtberührung mit der Dichtfläche 50 zu drücken. In dieser belasteten Stellung verformt sich die Ringlippe 52 radial einwärts, so daß eine radial auswärts geneigte Schrägfläche der Ringlippe in flächigere Anlage an die Dichtfläche 50 gelangt und hierbei die genannte festere Abdichtberührung gewährleistet. Beim Abschmieren oder wenn im Kreuzgelenk ein Schmiermittelüberschuß vorhanden ist, vermag dagegen das unter Druck stehende Schmiermittel die Ringlippe 52 axial einwärts und radial auswärts zu verdrängen, so daß zwischen ihr und der Dichtfläche 50 ein einen Schmiermittelaustritt ermöglichender Zwischenraum gebildet wird.

Auf gleiche Weise ist die zweite Ringlippe 45 durch eine unter einem spitzen Winkel abgewinkelte Fläche 47 an dem unter einem spitzen Winkel verlaufenden Schenkel 48 des U-förmigeia Metallabschnitts 46 in der Weise vorbelastet, daß das entweichende Schmiermittel zwischen der Ringlippe 45 und der abgewinkelten Fläche 47 des ΙΓ-förmigen Metallabschnitts 46 hindurchgedrückt werden kann. Etwa eintretende begrenzte Mengen an Verunreinigungen, wie Schmutz oder

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Schlamin, welche die zweite Ringlippe 45 erreichen und beaufschlagen, lassen die Ringlippe 45 sich in noch festere Abdichtberührung gegen die unter einem spitzen Winkel verlaufende Fläche 47 anlegen, so daß diese Verunreinigung daran gehindert v/erden, die erste Ringlippe 52 zu erreichen.

Das Ankommen von Verunreinigungen an der zweiten Ringlippe 45 wird jedoch weitgehend durch die im folgenden beschriebene Anordnung verhindert. Der radial verlaufende Schenkel 43 des L-förmigen Metallabschnitts 42 reicht in der V/eise in den U-förmigen Metallabschnitt 46 hinein, daß zwischen dem radial einwärts gerichteten Schenkel 43 des L-förmigen Metallabschnitts 42 und dem radial auswärts gerichteten Schenkel 41 des U-förmigen Metallabschnitts 46 ein um den Umfang herum verlaufender Ringspalt 49 festgelegt wird, welcher infolge des zwischen ihm und dem elastomeren Abschnitt 44 festgelegten gewundenen Wegs als Labyrinthdichtung zwischen den Metallabschnitten 42 und 46 wirkt, wodurch die Verhinderung des Eintritts von Verunreinigungen bis zum nachgiebigen elastomeren Abschnitt 44 der Dichtung unterstützt wird. Der U-förmige Metallabschnitt 46 gewährleistet darüberhinaus eine Abdeckung und einen Schutz des elastomeren Abschnitts 44, so daß der größte Teil der atmosphärischen bzw. Umgebungs-Verunreinigungen nicht in der Lage ist, unmittelbar mit diesem Teil in Berührung zu gelangen, wodurch dieser elastomere Abschnitt 44 angegriffen und hierdurch die Betriebslebensdauer des Kreuzgelenks 11 verkürzt werden könnte .

Wie erwähnt, sind der L-förmige Metallabschnitt 42 und der elastomere Abschnitt 44 unter Bildung einer einstückigen Anordnung miteinander verbunden bzw. verklebt. Die Qualität dieser Verbindung kann in vorteilhafter Weise noch durch

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Anordnung einer Reihe von abstehenden Warzen 43A am elastomeren Abschnitt 44 verbessert werden, welche in eine Reihe von komplementären Bohrungen 43B im Metallabschnitt 42 hineinragen« Die auf diese Weise hergestellte formschlüssige Verbindung ist außerordentlich sicher und kann angewandt werden, falls sich bei einer einfachen Verbindung bzw. Verklebung zwischen diesen beiden Teilen betriebliche Schwierigkeiten zeigen*

Selbstverständlich sind zahlreiche Änderungen und Abwandlungen der vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsform der Erfindung möglich, ohne daß der Rahmen und der Grundgedanke der Erfindung verlassen werden.

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Claims

Pat entans prüche

Dichtung zur Abdichtung des Spalts zwischen einer Lagerschale und einem Lagerzapfen, gekennzeichnet durch eine den Lagerzapfen umgebende ringförmige Metallplatte, ein den Lagerzapfen zwischen der Lagerfläche und der ringförmigen Metallplatte umschließendes ringförmiges elastomeres Glied, das mit der ringförmigen Metallplatte verbunden bzw. verklebt ist, und ein ringförmiges, U-förmigen Querschnitt besitzendes, den Lagerzapfen mit Abstand von der ringförmigen Metallplatte umschließendes Metallglied, welches das ringförmige elastomere Glied sowie die ringförmige Metallplatte teilweise umschließt und zwischen beiden Teilen eine Labyrinthdichtung bildet,

2_# Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Metallglied mit einem Teil desselben am Lagerzapfen anliegt.

3» Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Metallglied mit einem Teil des elastomeren Glieds in Dichtungsberührung steht.

4, Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3_f dadurch gekennzeichnet, daß in die Lagerachale Lagerelemente eingesetzt sind und daß die ringförmige Metallplatte eine zwangsläufige Abstandhaltung für die Lagerelemente gewährleistet.

5· Dichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d,aß das elastomere Glied mit der radialen Innenfläche der ringförmigen Metallplatte verklebt bzw. verbunden ist.

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6, Dichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Metallplatte L-förmigen Querschnitt besitzt und daß das elastomere Glied im wesentlichen an der Spitze der L-Fomi angeordnet ist.

7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arm der I-förmigen Querschnitt besitzenden ringförmigen Metallplatte praktisch parallel zur Achse des Lagerzapfens liegt.

8, Dichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Glied mit zwei Dichtlippen versehen ist, von denen die eine die Dichtberüh— rung mit dem ringförmigen Metallglied herstellt und die andere mit dem Lagerzapfen in Dichtberührung steht.

9. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die eine Ringlippe radial einwärts in Berührung mit dem Lagerzapfen und die andere Ringlippe axial einwärts vom elastomeren Glied weg erstreckt,

10. Dichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Metallglied den Lagerzapfen an seinem in Axialrichtung inneren Ende umschließt, wobei das offene Ende des Metallglieds zum in Axialrichtung äußeren Abschnitt des Lagerzapfens hin gerichtet ist, und daß das ringförmige Metallglied die andere Ringlippe des elastomeren Glieds sowie den parallelen Abschnitt der ringförmigen Metallplatte in seiner Öffnung aufnimmt, so daß die Dichtung Labyrinth-Konfiguration erhält.

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11. Dichtung nach einem der -Ansprüche 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der erstgenannten Ringlippe des elastomeren Glieds abgehende Fläche von der Umfangsfläche des Lagerzapfens aus radial auswärts geneigt ist.

12. Dichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Metallplatte mit einer Anzahl von Bohrungen versehen ist.

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