DE19950281B4

DE19950281B4 - Kugelgelenk

Info

Publication number: DE19950281B4
Application number: DE19950281A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Strauch; Ullrich Wackes; Jürgen Dipl.-Ing. Richter; Harald Dipl.-Ing. Mühlstädt
Original assignee: Sachsenring Fahrzeugtechnik GmbH
Current assignee: HQM Tubes GmbH
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: DE50004518D1; AU1993501A; EP1222407B1; DE19950281A1; WO2001029437A1; ATE254727T1; ES2211652T3; EP1222407A1

Abstract

Kugelgelenk, welches ein Gehäuse (1) mit einem Hohlraum (1.1) zur Aufnahme einer beweglich gelagerten Kugel (3) eines Kugelzapfens (4) aufweist, mit einer Öffnung (1.2) in dem in Richtung zum Kugelzapfen (4) weisenden Randbereich des Gehäuses, durch welche der Schaft (4.1) des Kugelzapfens (4) ragt und mit einem Dichtungsbalg (6), der einen gehäuseseitigen ersten Dichtbereich (D1) und einen schaftseitigen zweiten Dichtbereich (D2) aufweist, wobei der Schaft (4.1) an einer Gelenkaufnahme (G) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schaft (4.1) und dem zweiten Dichtbereich (D2) des Dichtungsbalges (6) ein Zwischenring (7) angeordnet ist, wobei
– der Zwischenring (7.) an seinem Innendurchmesser (7.2) eine radiale Einschnürung (7.1) aufweist, die in eine Ausnehmung (4.2) am Außendurchmesser des Schaftes (4.1) des Kugelzapfens (4) eingreift und
– der Dichtungsbalg (6) an seiner in Richtung zur Gelenkaufnahme weisenden Stirnfläche eine Dichtlippe (6.1) aufweist, die in eine Ringnut (7.4) des Zwischenrings (7) eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgelenk mit einer Aufnahme für einen Dichtungsbalg nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Es sind zahlreiche Kugelgelenke bekannt, welche ein mit einem Hohlraum versehenes Gehäuse aufweisen, in dem die Kugel eines Kugelzapfens in einer Lagerschale beweglich gelagert ist. ( DE 197 55 248 A1 , DE 197 50 830 A1 , DE 196 25 351 C1 ). Die Abdichtung erfolgt sowohl gehäuseseitig als auch kugelzapfenseitig über einen Dichtungsbalg. Der Dichtungsbalg wird dabei am Gehäuse und am Außendurchmesser des Zapfens über Sicherungsringe befestigt.

Bei der Verbindung zwischen Dichtungsbalg und Kugelzapfen sind oftmals Undichtheiten zu verzeichnen, die zu einer Verschmutzung des Kugelgelenkes und somit zu erhöhtem Verschleiß und zum Ausfall führen können. Besonders kritisch ist es, bei in der Aufnahme axial verstellbaren Kugelgelenken ohne axiale Abdichtung des Dichtungsbolzens gegen die Aufnahme und großen Schwenk- und Drehwinkeln die Dichtheit zu gewährleisten.

Eine dabei bereits verbesserte Abdichtvariante zwischen Kugelzapfen und Dichtungsbalg wird in DE 197 47 931 C1 beschrieben. Dabei weist der Kugelzapfen einen Ringkragen auf, durch den ein Hinterschnitt gebildet wird, in welchen der Dichtungsbalg unter axialer Vorspannung eingesetzt wird. Der Dichtungsbalg wird über Spannringe radial gegen seine Anlagebereiche gepreßt. In einer Hohlkehle des Zapfens ist zusätzlich ein Abstandshalter angeordnet, der ein axiales Verschieben des Dichtungsbalges in Richtung Kugel verhindern soll. Diese Lösung ist relativ aufwendig und nicht einfach montierbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und zuverlässige Abdichtung zwischen einem Dichtungsbalg und dem Schaft des Kugelzapfens eines axial einstellbaren Kugelgelenks zu schaffen, welches zusätzlich einen großen Schwenk- und Drehwinkel gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.

Das Kugelgelenk weist dabei in bekannter Weise ein Gehäuse mit einem Hohlraum zur Aufnahme einer beweglich gelagerten Kugel eines Kugelzapfens auf, sowie eine Öffnung in Richtung zum Kugelzapfen durch welche der Schaft des Kugelzapfens ragt. Weiterhin ist ein Dichtungsbalg vorgesehen, der einen gehäuseseitigen ersten Dichtbereich und einen schaftseitigen zweiten Dichtbereich aufweist. Der Schaft des Kugelzapfens ist an einer Gelenkaufnahme befestigbar. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Schaft und dem zweiten Dichtbereich des Dichtungsbalges ein Zwischenring angeordnet, der die zuverlässige radiale und axiale Abdichtung zum zweiten Dichtbereich des Dichtungsbalges gewährleistet und den Dichtungsbalg gleichzeitig radial und axial fixiert.

Dazu weist der Zwischenring an seinem Innendurchmesser eine radiale Einschnürung auf, die in eine Ausnehmung am Außendurchmesser des Schaftes des Kugelzapfens eingreift, wodurch der Zwischenring gegen axiales Verschieben gesichert ist.

Weiterhin ist am Zwischenring in Richtung zum Gehäuse ein erster Anschlag und in Richtung zur Gelenkaufnahme ein zweiter Anschlag für den zweiten Dichtbereich des Dichtungsbalges vorgesehen, wodurch wiederum das axiale Verschieben des zweiten Dichtungsbereiches verhindert wird. Die radiale Abdichtung zwischen Dichtungsbalg und Zwischenring erfolgt über entsprechend angepaßte Innen-/Außendurchmesser, wobei vorteilhaft ist, wenn der Dichtungsbalg an seinem Innendurchmesser des zweiten Dichtbereiches in Richtung zum Zwischenring gewölbt ist und der Zwischenring in seiner Außenkontur dieser Wölbung folgt. Zusätzlich kann der Dichtungsbalg mit einer Labyrinthdichtung versehen sein. Die radiale Abdichtung wiederum zwischen Schaft und Zwischenring erfolgt durch eine entsprechende geometrische Gestaltung, Passung und über einen an sich bekannten Rundring.

Die axiale Abdichtung des Dichtungsbalges in seinem zweiten Dichtbereich erfolgt vorzugsweise an seiner in Richtung zur Gelenkaufnahme weisenden Stirnfläche über eine Dichtlippe, die in eine Ringnut des Zwischenrings eingreift. Neben dieser Variante sind auch andere konstruktive Ausführungsformen zur Gewährleistung der axialen Abdichtung dieser beiden Bauteile möglich.

In Richtung zur Gelenkaufnahme kann der Zwischenring mit seiner Stirnfläche an der Gelenkaufnahme als Montagehilfe anliegen oder auch (je nach axialer Einstellung) von dieser beabstandet sein, wodurch ein Spalt zwischen der Gehäuseaufnahme und der Stirnfläche des Zwischenelementes entsteht.

Zur weiteren Verhinderung des Eindringens von Feuchtigkeit verfügt der Zwischenring über eine über den Außendurchmesser des zweiten Dichtbereiches (D2) ragende und in Richtung zum Gehäuse gekröpfte Tropfkante.

Zur Gewährleistung einer starren und dichten Verbindung zwischen Schaft und Zwischenring ist es auch möglich eine Klebepreßverbindung zur Anwendung zu bringen.

Der Zwischenring kann aus metallischem Werkstoff, Kunststoff oder glaskugel- oder glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen. Weiterhin ist es möglich, in den Kunststoff zumindest in den Bereichen, an welchen der Dichtungsbalg anliegt, Schmierstoff einzubetten, welcher die Reibung zwischen Dichtungsbalg und Zwischenring bei großen Drehbewegungen verringert. Bei der Verwendung glaskugel- oder glasfaserverstärkter Werkstoffe sollte gewährleistet werden, daß im Berührungsbereich zwischen Dichtungsbalg und Zwischenring diese Verstärkungsmaterialien nicht an der Oberfläche liegen.

Der Zwischenring kann einteilig oder zweiteilig ausgebildet sein.

Bei einteiliger Form wird der erste Anschlag für den zweiten Dichtbereich des Dichtungsbalges durch radiales Aufbiegen eines umlaufenden oder segmentförmig ausgebildeten Randbereiches des Zwischenringes nach der Montage des Dichtungsbalges und des Zwischenringes gebildet.

Ist der Zwischenring zweiteilig ausgebildet dichtet der in Richtung zur Kugel weisende erste Teil radial ab und bildet gleichzeitig den ersten Anschlag. Der zweite in Richtung zur Gelenkaufnahme weisende Teil des Zwischenringes dichtet den Dichtungsbalg axial ab und weist den zweiten Anschlag auf. Beide Teile können stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden sein. Ist der Zwischenring in Kunststoff ausgeführt, ist es vorteilhaft, die beiden Teile durch Ultraschallschweißen, Kleben oder Einknüpfen miteinander zu fügen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird insgesamt eine elegante und zuverlässige Abdichtung des Kugelgelenks gegen Feuchtigkeit und Verunreinigungen geschaffen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: an einer Gelenkaufnahme befestigtes Kugelgelenk in Schnittdarstellung mit an der Gelenkaufnahme anliegendem Zwischenring
2: Kugelgelenk gem. 1 mit einem Spalt zwischen Gelenkaufnahme und Zwischenring
3: Zwischenring in Vorderansicht,
4: Schnitt A-A des Zwischenringes gem. 3,
5: Schnitt durch Dichtungsbalg und einteiligen Zwischenring nach deren Montage,
6: Schnitt durch Dichtungsbalg und zweiteiligen Zwischenring nach deren Montage,
Das Kugelgelenk weist gem. 1 und 2 ein Gehäuse 1 mit einem Hohlraum 1.1 und einer Öffnung 1.2 zur Aufnahme einer in einer Lagerschale 2 beweglich gelagerten Kugel 3 eines Kugelzapfens 4 auf. Um die Lagerschale 2 herum wurde injizierbares Material 5 eingespritzt. Der Dichtungsbalg 6 ist mit seinem ersten Dichtbereich D1 am Gehäuse 1 und mit seinem zweiten Dichtbereich D2 am Zwischenring 7 befestigt, wobei der Zwischenring 7 auf dem Schaft 4.1 des Kugelzapfens 4 sitzt. Um die axiale Fixierung des Zwischenringes 7 auf dem Schaft zu gewährleisten, weist der Zwischenring an seinem Innendurchmesser eine radiale Einschnürung 7.1 auf, die in eine Ausnehmung 4.2 des Schaftes 4.1 eingreift. Axial ist der Dichtbereich D2 zwischen Anschlägen 7.2 und 7.3 des Zwischenringes lagefixiert. Gem. 1 kann der Zwischenring 7 mit seiner Stirnfläche 7.5 an der Gelenkaufnahme G für Montagezwecke anliegen. Weiterhin ist am Zwischenring 7 eine über den zweite Anschlußbereich D2 ragende und in Richtung zum Gehäuse 1 gekröpfte Tropfkante 7.6 angeordnet. Zwischen Schaft 4.1 und Zwischenring 7 ist zur Abdichtung ein Rundring 8 vorgesehen. An der in Richtung zur Gelenkaufnahme G weisenden Stirnfläche des Dichtungsbalges ist zur axialen Abdichtung eine Dichtlippe 6.1 vorgesehen, die in eine entsprechende Ringnut 7.4 des Zwischenringes 7 eingreift.
In 2 ist ein analoger Aufbau eines Kugelgelenkes dargestellt, bei welcher jedoch nach axialer Einstellung ein Spalt S zwischen Gelenkaufnahme und Zwischenring 7 vorhanden ist. Durch die Verwendung des Zwischenringes 7 ist nunmehr eine sichere Abdichtung des Kugelgelenkes gegeben.
Die Ansicht des einteiligen Zwischenringes 7 (vor der Montage) aus Richtung Gehäuse 1 ist in 3 und dessen Schnitt A-A in 4 dargestellt. Der einteilige Zwischenring 7 weist in Richtung zum Gehäuse 1 einen segmentierten Kunststoffsteg 7.2a auf. Daran schließt sich der Aufnahmebereich für den Dichtungsbalg 6 an. Die flanschartige Erweiterung bildet nach der Montage den zweiten Anschlag 7.3. An den Außendurchmesser des Flanschbereiches schließt sich die Tropfkante 7.6 an. Die einzelnen Stege 7.2a sind vor der Montage im wesentlichen axial ausgerichtet. Der Dichtbereich D2 des Dichtungsbalges 6 wird nun bis zur Anlage am Anschlag 7.3 über den Zwischenring geschoben. Nun werden bei Verwendung eines einteiligen Zwischenringes aus Kunststoff mittels Wärmeeinwirkung oder Ultraschall die segmentierten Kunststoffstege 7.2a radial nach außen gebogen, so daß sie als Anschlag 7.2 den Dichtungsbalg 6 axial fixieren (5).
Anstelle von Stegen ist es auch möglich, einen umlaufenden Rand entsprechend umzuformen.
Bei einem metallischen Zwischenring erfolgt dies z.B. durch Umbördeln.
Das Ausführungsbeispiel eines zweiteiligen Zwischenringes 7 mit montiertem Dichtungsbalg 6 zeigt 6.
Auf der linken Seite ist dabei zur Verbindung der beiden Teile eine Wulst im ersten Teil 7a und eine entsprechende Ausnehmung im zweiten Teil 7b vorgesehen. Auf der rechten Seite werden beide Teile 7a, 7b über eine aneinander anliegende Schräge verbunden. Die in der linken Seite dargestellte konstruktive Variante ist dabei günstig, wenn die Verbindung durch Ultraschallschweißen erfolgen soll, die rechts gezeigte Variante mit der Schräge ist für eine Klebeverbindung besser geeignet.
Der erste Teil 7a des Zwischenringes 7 dichtet in beiden Fällen radial ab und weist den ersten Anschlag 7.2 auf. Der zweite Teil 7b des Zwischenringes 7 dichtet den Dichtungsbalg 6 an seinem Dichtbereich D2 in Richtung zur nicht dargestellten Gelenkaufnahme axial ab. An diesem ist auch der zweite Anschlag 7.3 vorgesehen.
Beide Teile bestehen aus Kunststoff und wurden bevorzugt durch Ultraschallschweißen oder Kleben miteinander verbunden. Bei der zweiteiligen Ausführung wird der Dichtbereich D2 des Dichtungsbalges 6 zuerst über den ersten Teil 7a des Zwischenringes 7 geschoben, bis dessen erster Anschlag 7.2 unten am Dichtbereich D2 anliegt. Anschließend wird der zweite Teil 7b des Zwischenringes am ersten Teil 7a so positioniert, daß der zweite Anschlag oben am Dichtbereich D2 des Dichtungsbalges 6 zur Anlage kommt und die Dichtlippe 6.1 des Dichtungsbalges 6 in die entsprechende Ringnut 7.4 eingreift. Nun werden beide Teile 7a und 7b durch Ultraschallschweißen oder Kleben miteinander verbunden.
Gemäß weiterer nicht dargestellter Ausführungsbeispiele kann die Teilungsebene des Zwischenrings 7 zur Bildung der beiden Teile 7a und 7b auch anders positioniert werden.
Durch den Zwischenring ergibt sich neben einer zuverlässigen radialen und axialen Abdichtung auch eine verbesserte Handhabung bei der Montage des Dichtungsbalges.

Claims

Kugelgelenk, welches ein Gehäuse (1) mit einem Hohlraum (1.1) zur Aufnahme einer beweglich gelagerten Kugel (3) eines Kugelzapfens (4) aufweist, mit einer Öffnung (1.2) in dem in Richtung zum Kugelzapfen (4) weisenden Randbereich des Gehäuses, durch welche der Schaft (4.1) des Kugelzapfens (4) ragt und mit einem Dichtungsbalg (6), der einen gehäuseseitigen ersten Dichtbereich (D1) und einen schaftseitigen zweiten Dichtbereich (D2) aufweist, wobei der Schaft (4.1) an einer Gelenkaufnahme (G) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schaft (4.1) und dem zweiten Dichtbereich (D2) des Dichtungsbalges (6) ein Zwischenring (7) angeordnet ist, wobei – der Zwischenring (7.) an seinem Innendurchmesser (7.2) eine radiale Einschnürung (7.1) aufweist, die in eine Ausnehmung (4.2) am Außendurchmesser des Schaftes (4.1) des Kugelzapfens (4) eingreift und – der Dichtungsbalg (6) an seiner in Richtung zur Gelenkaufnahme weisenden Stirnfläche eine Dichtlippe (6.1) aufweist, die in eine Ringnut (7.4) des Zwischenrings (7) eingreift.
Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (7) in Richtung zum Gehäuse (1) einen ersten Anschlag (7.2) für den zweiten Dichtbereich (D2) des Dichtungsbalges (6) aufweist.
Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (7) in Richtung zur Gelenkaufnahme einen zweiten Anschlag (7.3) für den zweiten Dichtbereich (D2) des Dichtungsbalges (6) aufweist.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (7) radial eine der Kontur des Innendurchmessers des zweiten Dichtbereiches (D2) des Dichtungsbalges (6) entsprechende Form aufweist.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (7) in Richtung zur Gelenkaufnahme (G) eine Stirnfläche (7.5) aufweist, die an der Gelenkaufnahme (G) anliegen kann.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (7) eine über den Außendurchmesser des zweiten Dichtbereiches (D2) ragende und in Richtung zum Gehäuse (1) gekröpfte Tropfkante (7.6) aufweist.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außendurchmesser des Schaftes (4.1) des Kugelzapfens (4) und dem Innendurchmesser des Zwischenringes (7) ein deren radiales Abdichten gewährleistender Rundring (8) angeordnet ist.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schaft (4.1) und Zwischenring (7) über eine Klebepreßverbindung miteinander verbunden sind.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche von 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (7) aus Kunststoff besteht.
Kugelgelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kunststoff zumindest in den Bereichen, an welchen der Dichtungsbalg (6) anliegt, Schmierstoffe eingebettet sind, welche die Reibung zwischen Dichtungbalg (6) und Zwischenring (7) verringern.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche von 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (7) aus nichtrostendem Stahl besteht.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche von 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (7) einteilig ausgebildet ist und daß der erste Anschlag (7.2) für den zweiten Dichtbereich (D2) des Dichtungsbalges (6) durch radiales Aufbiegen eines umlaufenden oder segmentförmig ausgebildeten Randbereiches des Zwischenringes nach der Montage des Dichtungsbalges und des Zwischenringes gebildet wird.
Kugelgelenk nach einem der Ansprüche von 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (7) zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein erster Teil (7a) des Zwischenringes (7) radial abdichtet und den ersten Anschlag (7.2) aufweist und ein zweiter Teil (7b) des Zwischenringes (7) axial abdichtet und den zweiten Anschlag (7.3) aufweist.
Kugelgelenk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile (7a, 7b) des Zwischenringes (7) stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
Kugelgelenk nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile (7a, 7b) des Zwischenringes (7) durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden sind.
Kugelgelenk nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile (7a, 7b) des Zwischenringes, (7) miteinander durch Einknüpfen verbunden sind.