DE19647023A1

DE19647023A1 - Kugelgelenk für in Fahrzeugen verwendete Antriebe, insbesondere für Scheibenwischervorrichtungen

Info

Publication number: DE19647023A1
Application number: DE19647023A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Edele
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1998-05-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelgelenk für in Fahr zeugen verwendete Antriebe, insbesondere für Scheibenwi schervorrichtungen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiges Kugelgelenk mit einem schüsselartig ausge bildeten Dichtelement zur Abdichtung der offenen Seite der Kugelschale ist aus der DE 40 21 670 A1 bekannt. Der Boden des schüsselförmig ausgebildeten Dichtelementes besitzt eine Öffnung, deren Wand mit radialer Vorspannung auf dem Umfang des Sockels des Kugelzapfens verspannt ist, um das Dicht element dichtend an dem Kugelzapfen zu arretieren. Eine er ste Dichtungsstelle ist also zwischen der Umfangsfläche des Sockels des Kugelzapfens und der Innenfläche der Öffnung im Boden des Dichtelementes gebildet, welche sich gegenseitig kontaktieren. Die Wand des Dichtelementes folgt im wesentli chen der Außenkontur des Unterteiles der Kugelpfanne und überbrückt den Abstand zwischen dem Sockel des Kugelzapfens bzw. der Oberseite des Getriebegliedes, an welchem der Ku gelzapfen befestigt ist und dem Unterteil der Kugelpfanne. Der obere Abschnitt der Wand des Dichtelementes liegt mit radialer Vorspannung dichtend an der kugeligen Außenfläche des Unterteils der Kugelschale an, so daß die betroffenen Berührungsflächen eine zweite Dichtungsstelle bilden. Die Vorspannung des Dichtelementes wird durch eine gegenüber der kugeligen Außenfläche des Unterteiles der Kugelschale ge wählte Exzentrizität des Dichtelementes in dessen Ausgangs zustand herbeigeführt.

Nachteilig an dieser Dichtung ist, daß bei Schwenkbewegungen der Kugelschale um die Gelenkkugel des Kugelzapfens Schmutz- oder Staubpartikel zwischen die Kontaktflächen des Unter teils der Kugelschale und des Dichtelementes und weiterhin auf die Gleitflächen von Gelenkkugel und Kugelschale gelan gen können. Insbesondere ist das dann der Fall, wenn auf grund von Toleranzen die obere Innenkante der Wand des Dichtelementes nicht mit ausreichend großer Vorspannung auf der Außenfläche des Unterteiles der Kugelschale aufliegt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei Verwendung von Hochdruckreinigungsgeräten unter der Wirkung des auf den Grenzbereich zwischen dem oberen Rand des Dichtelementes und der Außenfläche des Unterteiles der Kugelschale auftreffen den Reinigungsstrahles die Wand des Dichtelementes örtlich von der Außenfläche des Unterteiles der Kugelschale abheben und dadurch Schmutz und Flüssigkeit in das Kugelgelenk ein treten kann. Außerdem erfolgt zumeist ein Ausspülen von Schmiermittel aus dem Kugelgelenk, so daß über längere Zeit aufgrund von Schmiermittelmangel ebenfalls ein erhöhter Verschleiß eintreten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Abdichtung eines Kugelge lenkes der eingangs beschriebenen Art zu verbessern, ins besondere eine Abdichtung zu entwickeln, welche den üblichen Einwirkungen von Hochdruckreinigungsgeräten standhält.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kugelgelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß das Dichtelement nunmehr den Abstand zwischen den beiden Getrie begliedern, an denen der Kugelzapfen und die Kugelschale befestigt sind, überbrückt und dabei in allen Betriebslagen mit Vorspannung dichtend an diesen Getriebegliedern anliegt, wird es unmöglich, daß Feuchtigkeit oder Verschmutzungen auf die kugelige Außenfläche des Unterteiles der Kugelschale und von da weiter in das Innere des Kugelgelenkes gelangen kön nen. Da sich das vorgesehene Dichtelement außerdem radial auf dem Sockel des Kugelzapfens sowie auf der gesamten kuge ligen Außenfläche des Unterteiles der Kugelschale abstützt, ist auch der Reinigungsstrahl eines Hochdruckreinigungs gerätes nicht in der Lage, die dichtende Anlage des Dicht elementes an den beiden Getriebegliedern zu überwinden bzw. zu stören. Somit ist also ein Kugelgelenk geschaffen, wel ches auch extremen äußeren Einwirkungen standhält und eine vollständige Abdichtung des Innenraumes des Kugelgelenkes gewährleistet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter ansprüchen entnehmbar.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 sieht vor, daß die Wand des Dichtelementes eine in Rich tung zwischen den beiden Getriebegliedern wirkende elasti sche Verformungszone aufweist. Damit ist in vorteilhafter Weise die Möglichkeit geschaffen, die Dichtung an gefähr deten Stellen relativ formstabil auszuführen und die erfor derliche Beweglichkeit bzw. Elastizität des Dichtelementes in einen Abschnitt zu verlegen, der bessere Schutzmöglich keiten gegen äußere Druckeinwirkungen bietet. Demgemäß ist eine Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 darauf gerichtet, daß der den Freiraum zwischen der Oberseite des ersten Getriebegliedes und dem Unterteil der Kugelschale überbrückende Teil des Dichtelementes verhältnismäßig form stabil ist, wohingegen die obere Zone der Wand des Dicht elementes als elastische Verformungszone ausgebildet ist.

Bevorzugt wird hierbei eine Weiterbildung gemäß Anspruch 4, welche vorsieht, daß die elastische Verformungszone in Form eines Faltenbalges ausgebildet ist, wobei zumindest ein Teil der einwärts verlaufenden Falten Stützrippen aufweist, die sich, vorzugsweise radial, auf der kugeligen Außenfläche des Unterteiles der Kugelschale abstützen. Der Faltenbalg ge währleistet eine ausreichende elastische Beweglichkeit der Wand des Dichtelementes, um in allen Betriebslagen des Ku gelgelenkes eine ordnungsgemäße Abdichtung zu gewährleisten. Andererseits sorgen die zusätzlichen Stützrippen für eine ausreichende Stabilität dieser elastischen Verformungszone, so daß auch die Einwirkung des Reinigungsstrahles eines Hochdruckreinigungsgerätes nicht in der Lage ist, das Dicht element derart zu verformen, daß die Dichtfunktion gestört wäre.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 sieht vor, daß das Dichtelement insgesamt aus Moosgummi ge fertigt ist und dabei insgesamt verhältnismäßig dickwandig ausgebildet ist. Hierbei gewährleistet die Elastizität des Materials Moosgummi eine ausreichende elastische Verformbar keit des Dichtelementes, andererseits besitzt ein derartiges Dichtelement aufgrund der dickwandigen Ausgestaltung eine ausreichend große Formstabilität, um selbst größeren Druck einwirkungen ohne Störung der Dichtfunktion standzuhalten. Eine geschlossene Haut schützt den ansonsten porösen Körper des Dichtelementes gegenüber Umwelteinflüssen.

Von Vorteil ist hierbei, wenn gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 6 der den Freiraum zwischen der Oberseite des er sten Getriebegliedes und dem Unterteil der Kugelschale über brückende Teil des Dichtelementes eine größere Wanddicke besitzt als die sich nach oben anschließende Zone der Wand des Dichtelementes. Diese obere Zone der Wand des Dichtele mentes ist dann wegen der geringeren Wanddicke leichter ela stisch verformbar, sie bildet also gewissermaßen die elasti sche Verformungszone, wohingegen der Überbrückungsabschnitt der Wand in wesentlich geringerem Umfang an der elastischen Verformung teilnimmt.

Eine andere Weiterbildung gemäß Anspruch 7 sieht vor, daß bei einem Dichtelement aus Moosgummi die obere Zone der Wand des Dichtelementes durch einen deutlich höheren Anteil von Poren und eingeschlossenen Hohlräumen leichter elastisch verformbar ist als der übrige Teil des Dichtelementes. Eine Weiterbildung gemäß Anspruch 8 ist deshalb von Vorteil, weil sie mit geringem Aufwand eine Zentralschmierung des Kugelgelenkes ermöglicht, wobei vorzugsweise alle Hohlräume des Kugelgelenkes über Kanäle miteinander verbunden sind. Über die verschließbare Öffnung in dem hutförmig geschlosse nen Oberteil der Kugelschale ist somit nach Erstmontage des Kugelgelenkes bzw. bei Bedarf eine, vorzugsweise dosierte, Fettmenge zuführbar.

Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbei spiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in teilweise geschnittener Darstellung ein Kugelge lenk mit einem Dichtelement mit einer als Faltenbalg ausgebildeten elastischen Verformungszone,

Fig. 2 in teilweise geschnittener Darstellung ein Kugelge lenk gemäß Fig. 1, jedoch mit Zentralschmierung und

Fig. 3 in teilweise geschnittener Darstellung ein Kugelge lenk mit einem aus Moosgummi gefertigten Dichtele ment.

In Fig. 1 ist ein hinsichtlich der Mittelachse 1 rotations symmetrischer Kugelzapfen 2 mit einer Gelenkkugel 3, einem zylindrischen Sockel 4 und gegenüberliegend einem zylindri schen Kippanschlag 5 zu erkennen. Die Gelenkkugel 3 besitzt dabei einen Mittelpunkt 6, der auf der Mittelachse 1 liegt. Dieser Kugelzapfen 2 ist in bekannter Weise mit einem ersten Getriebeglied 7 vernietet, wobei das Getriebeglied 7 die Kurbel 8 des Gestänges einer Fahrzeugscheibenwischeranlage ist. Der Aufbau ist an sich bekannt, so daß sich weitere Erläuterungen hierzu erübrigen.

Zu dem Kugelgelenk gehört ferner eine Kugelschale 9 aus Kunststoffmaterial, die, vorzugsweise durch Spritzgießen, in einer Durchgangsöffnung 10 eines zweiten Getriebegliedes 11 so befestigt ist, daß sich an der vom ersten Getriebeglied 7 abgewandten Oberseite 12 des zweiten Getriebegliedes 11 ein hutartig geschlossener Oberteil 13 der Kugelschale 9 befin det. Von der dem ersten Getriebeglied 7 bzw. der Kurbel 8 zugewandten Unterseite 14 des zweiten Getriebegliedes 11 erstreckt sich der offene Unterteil 15 der Kugelschale 9 in Richtung auf die Kurbel 8. Das zweite Getriebeglied 11 ist eine Gelenkstange 16 einer Fahrzeugscheibenwischeranlage. Die Kugelschale 9 ist in Aufknöpfrichtung R so auf die Ge lenkkugel 3 des Kugelzapfens 2 aufgerastet, daß der Mittel punkt 6 der Gelenkkugel 3 gleichzeitig der Mittelpunkt 6 der inneren kugeligen Gleitfläche 17 der Kugelschale 9 ist. Der Unterteil 15 der Kugelschale 9 besitzt eine im wesentlichen zu dem Mittelpunkt 6 konzentrische kugelige Außenfläche 18.

Auch dieser Aufbau ist prinzipiell bekannt, so daß sich wei tere Ausführungen hierzu erübrigen.

Für die Erfindung wesentlich ist nunmehr die Abdichtung des Kugelgelenkes, wozu ein im wesentlichen schüsselartig ausge bildetes Dichtelement 19 vorgesehen ist, welches mit einer Öffnung 20 in seinem Boden 21 den Sockel 4 des Kugelzapfens 2 umfaßt und sich außerdem mit seinem Boden 21 dichtend auf der dem zweiten Getriebeglied 11 zugewandten Oberseite 22 mit Vorspannung dichtend abstützt. Die Kontaktfläche zwi schen dem Boden 21 des Dichtelementes 19 und der Oberseite 22 der Kurbel 8 stellt somit eine erste Abdichtstelle dar. Im weiteren ist zu erkennen, daß die Wand 23 des Dichtele mentes 19 im wesentlichen der Kontur des Unterteiles 15 der Kugelschale 9 folgt. Diese Wand 23 überbrückt den Abstand zwischen der Kurbel 8 und der Gelenkstange 16, und die obere ringförmige Stirnfläche 24 liegt dabei in allen Betriebs lagen des Kugelgelenkes dichtend an der Unterseite 14 der Gelenkstange 16 an.

In Fig. 1 ist weiterhin zu erkennen, daß der den Freiraum zwischen der Oberseite 22 der Kurbel 8 und dem Unterteil 15 der Kugelschale 9 überbrückende Teil 25 der Wand 23 des Dichtelementes 19 im wesentlichen massiv ausgebildet ist, was auf eine verhältnismäßig große Formstabilität dieses überbrückenden Teiles 25 hinweisen soll. Die sich nach oben hin anschließende Zone dieser Wand 23 ist eine elastische Verformungszone 26, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Faltenbalg ausgebildet ist. Die Besonderheit hierbei besteht noch darin, daß zumindest ein Teil, im vorliegenden Fall alle, einwärts gerichteten Falten des Faltenbalges eine Stützrippe 27 aufweisen. Diese Stützrippen 27 sind im we sentlichen radial ausgerichtet und stützen sich auf der ku geligen Außenfläche 18 des Unterteiles 15 der Kugelschale 9 ab. Zu bemerken ist noch, daß derartige Kugelgelenke im all gemeinen für Schwenkwinkel α der Kugelschale 9 aus der neu tralen Betriebsstellung von maximal 10 Grad ausgelegt sind. Es ist festzustellen, daß das in Fig. 1 dargestellte Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes ge eignet ist, in allen Betriebslagen des Kugelgelenkes eine sichere Abdichtung zu gewährleisten und außerdem, insbeson dere durch die spezielle Ausgestaltung der elastischen Ver formungszone 26, ohne Störung der Dichtfunktion hohen äuße ren Beanspruchungen, beispielsweise durch Hochdruckreini gungsgeräte, schadlos zu widerstehen.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Kugel gelenkes gleicht im wesentlichen demjenigen von Fig. 1. Des halb soll an dieser Stelle auf eine Wiederholung der Be schreibung verzichtet werden, vielmehr wird im wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen. Voranzustellen ist, daß die Darstellung in Fig. 2 eine Ansicht mit Blick in Längsrichtung der Gelenkstange 16 ist. Es ist ersichtlich, daß sich in dem hutförmig geschlossenen Oberteil 13 der Ku gelschale 9 eine mit einem Stopfen 28 verschließbare Öffnung 29 befindet, welche zur Zuführung von Schmiermittel in das Innere des Kugelgelenkes bestimmt ist. Dementsprechend sind in der Gleitfläche 17 der Kugelschale 19 Kanäle 30 vorgese hen, welche den zwischen dem Kugelzapfen 2 und dem Oberteil 13 der Kugelschale 9 gebildeten Hohlraum mit dem zwischen dem Kugelzapfen 2, dem Unterteil 15 der Kugelschale 9 und dem Dichtelement 19 gebildeten Hohlraum verbinden. An der kugeligen Außenfläche 18 des Unterteiles 15 der Kugelschale 9 sind ebenfalls Kanäle 31 vorgesehen, welche einen Schmier mitteltransport bis in die Hohlräume der als Faltenbalg mit Stützrippen 27 ausgebildeten elastischen Verformungszone 26 ermöglichen. Diese Hohlräume bilden somit ein zusätzliches Schmiermittelreservoir. Die beschriebene Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kugelgelenkes ermöglicht somit eine vor teilhafte Zentralschmierung.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Kugel gelenkes weist einen Grundaufbau auf, welcher dem Ausfüh rungsbeispiel von Fig. 1 entspricht. Auf eine wiederholende Beschreibung dieses Grundaufbaus wird deshalb an dieser Stelle verzichtet, vielmehr werden die für dieses Ausfüh rungsbeispiel wesentlichen Unterschiede näher beschrieben.

Die für die Erfindung wesentlichen Unterschiede liegen hier bei in der Ausgestaltung des Dichtelementes 19. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das schüsselartig geformte Dichtelement 19 insgesamt aus Moosgummi und besitzt auf sei ner gesamten Oberfläche eine geschlossene Haut 33, die bei spielsweise das Eindringen von Flüssigkeiten oder Schmier mittel in den ansonsten porösen Körper des Dichtelementes 19 verhindert. Es ist zu erkennen, daß die Wand 23 und auch der Boden 21 des Dichtelements 19 eine verhältnismäßig große Dicke aufweisen. Dabei folgt die Innenseite der Wand 23 im wesentlichen dem Verlauf der kugeligen Außenfläche des Un terteiles 15 der Kugelschale 9. Demgegenüber nimmt die Au ßenseite der Wand 23 ausgehend von der Stirnfläche 24 einen sich bis zur Oberseite 22 der Kurbel 8 kontinuierlich ver größernden Abstand ein. Das bedeutet, daß die Dicke der Wand 23 innerhalb der elastischen Verformungszone 26 geringer ist als in dem den Abstand zwischen der Kurbel und dem Unterteil 15 der Kugelschale 9 überbrückenden Teil 25. Durch diese Geometrie besitzt der überbrückende Teil 25 trotz der dem Material Moosgummi eigenen Elastizität eine größere Form stabilität als der sich nach oben anschließende Teil der elastischen Verformungszone 26.

Diese Ausgestaltung gewährleistet sowohl die erforderliche Abdichtwirkung als auch die benötigte Beweglichkeit des Ku gelgelenkes und ist außerdem in der Lage, relativ großen Außendrücken ohne Beeinflussung der Dichtfunktion standzu halten. Um die Beweglichkeit des Kugelgelenkes zu verbes sern, d. h. die elastische Bewegbarkeit der Wand 23 des Dichtelements 19 im Bereich der Verformungszone 26 weiter zu erhöhen, kann, wie in Fig. 3 angedeutet, das Moosgummimate rial in der elastischen Verformungszone 26 mit Poren und eingeschlossenen Hohlräumen angereichert sein.

Bezugszeichenliste

1

Mittelachse

2

Kugelzapfen

3

Gelenkkugel

4

Sockel

5

Kippanschlag

6

Mittelpunkt

7

Erstes Getriebeglied

8

Kurbel

9

Kugelschale

10

Durchgangsöffnung

11

Zweites Getriebeglied

12

Oberseite

13

Oberteil

14

Unterseite

15

Unterteil

16

Gelenkstange

17

Gleitfläche

18

Außenfläche

19

Dichtelement

20

Öffnung

21

Boden

22

Oberseite

23

Wand

24

Stirnfläche

25

Überbrückender Teil

26

Elastische Verformungszone

27

Stützrippe

28

Stopfen

29

Öffnung

30

Kanal

31

Kanal

32

Schmiermittel/Fett

33

geschlossene Haut
R Aufknöpfrichtung
α Schwenkwinkel

Claims

1. Kugelgelenk für in Fahrzeugen verwendete Antriebe, ins besondere für Scheibenwischervorrichtungen, wobei auf einen an einem ersten Getriebeglied (7) befestigten Ku gelzapfen (2) eine Kugelschale (9) aufgeknöpft ist, wel che in einer Durchgangsöffnung (10) eines zweiten Ge triebegliedes (11) befestigt ist und einen an der vom ersten Getriebeglied (7) abgewandten Oberseite (12) ab stehenden Oberteil (13) und einen an der dem ersten Ge triebeteil (7) zugewandten Unterseite (14) abstehenden offenen Unterteil (15) aufweist, wobei der Unterteil (15) eine in bezug auf den Mittelpunkt (6) der Kugel schale (9) bzw. der Gelenkkugel (3) des Kugelzapfens (2) zumindest annähernd konzentrische kugelige Außenfläche (18) aufweist, und wobei ein schüsselartig ausgebildetes Dichtelement (19) vorgesehen ist, das mit einer Öffnung (20) in seinem Boden (21) den Sockel (4) des Kugelzap fens (2) umfaßt und sich auf der dem zweiten Getriebe glied (11) zugewandten Oberseite (22) des ersten Getrie begliedes (7) abstützt und dessen Wand (23) im wesentli chen der Kontur des Unterteiles (15) folgt und mit ihrem oberen Abschnitt an der Außenfläche (18) des Unterteiles (15) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das schüssel artig ausgebildete Dichtelement (19) den Abstand zwi schen dem ersten Getriebeglied (7) und dem zweiten Ge triebeglied (11) überbrückt und in allen Betriebslagen mit Vorspannung dichtend an dem ersten Getriebeglied (7) und an dem zweiten Getriebeglied (11) anliegt.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (23) des Dichtelementes (19) eine in Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Getriebeglied (7 und 11) wirkende elastische Verformungszone (26) aufweist.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Freiraum zwischen der Oberseite (22) des ersten Getriebegliedes (7) und dem Unterteil (15) der Kugel schale (9) überbrückende Teil (25) des Dichtelementes (19) eine verhältnismäßig große Formstabilität besitzt, wohingegen die obere Zone der Wand (23) als elastische Verformungszone (26) ausgebildet ist.

4. Kugelgelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verformungszone (26) in Form eines Fal tenbalges ausgebildet ist, wobei zumindest ein Teil der einwärts verlaufenden Falten eine Stützrippen (27) auf weist, die sich vorzugsweise radial auf der Außenfläche (18) des Unterteiles (15) der Kugelschale (9) abstützen.

5. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (19) aus Moosgummi gefertigt ist, ins gesamt dickwandig ausgebildet ist und eine geschlossene Haut (33) aufweist.

6. Kugelgelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Freiraum zwischen der Oberseite (22) des ersten Getriebegliedes (7) und dem Unterteil (15) der Kugel schale (9) überbrückende Teil (25) des Dichtelementes (19) eine größere Wanddicke besitzt als die sich nach oben anschließende Zone der Wand (23) des Dichtelementes (19).

7. Kugelgelenk nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß die obere Zone der Wand (23) des Dichtelementes (29) durch einen deutlich höheren Anteil von Poren und eingeschlossenen Hohlräumen leichter elastisch verform bar ist als der übrige Teil des Dichtelementes (19).

8. Kugelgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem hutförmig geschlosse nen Oberteil (13) der Kugelschale (9) eine verschließ bare Öffnung (29) zur Schmiermittelzufuhr vorgesehen ist und daß der zwischen dem Kugelzapfen (2) und dem hutför mig geschlossenen Oberteil (13) gebildete Raum über, vorzugsweise in kraftneutralen Bereichen des Kugelgelen kes, in der Kugelschale (9) vorgesehene Schmiermittelnu ten mit dem zwischen dem Unterteil (15) der Kugelschale (9), dem Kugelzapfen (2) und dem Dichtelement (19) ge bildeten Raum verbunden ist.