DE3604672C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Element nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 3. Insbesondere ist das Element für ein Gleichlaufdrehgelenk vorgesehen, so wie es üblicherweise in dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb verwendet wird.

Gleichlaufgelenke finden in der Automobilindustrie zur Kraftübertragung auf die angetriebenen Vorderräder eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb weitverbreitete Anwendung. Für jedes angetriebene Rad ist wenigstens ein derartiges Gelenk erforderlich. Jedes Gelenk muß abgedichtet sein, damit der Schmierstoff in dem Gelenk verbleibt und damit es vor Schmutz und anderen Verunreinigungen geschützt wird.

Bisher wurde diese abdichtende Funktion erfüllt, indem für jedes Gelenk eine im allgemeinen als Faltenbalg bekannte, elastische, üblicherweise aus einem Elastomer hergestellte Vorrichtung vorgesehen wurde. Hierdurch kann sich der Balg verformen, um die Gelenkbeugung aufzufangen, d. h. die Winkel­ bewegung zwischen Gelenkeingangs- und -ausgangswelle von der ungebeugten Stellung aus, in der die Wellen fluchten. Die Beugung wird durch die Aufhängungsbewegungen und Kurven­ fahrten des Fahrzeugs verursacht.

Derartige Faltenbälge haben weitverbreitete Anwendung gefunden, weisen aber bestimmte Nachteile auf. Sie sind relativ teuer, und wegen ihrer elastischen Natur müssen sie manuell eingebaut werden; kostenreduzierende mechanische Zusammenbauverfahren können nicht angewendet werden, da sie auf genau vorgegebenen Abmessungen der einzubauenden Teile basieren. Die aus Elastomer hergestellten Bälge sind im Betrieb durch Schlageinwirkungen von der Straße her beschädigungsanfällig, und durch die im normalen Fahrzeugbetrieb auftretenden niedrigen und hohen Temperaturen verschlechtern sich ihre Eigenschaften. Dazu kommt, daß die elastischen Bälge als Folge der Falten ein relativ großes Innenvolumen aufweisen, so daß eine große Menge Schmierstoff (meistens Fett) erforderlich ist, um eine einwandfreie Gelenkschmierung zu gewährleisten. Außerdem werden viele Elastomerwerkstoffe angegriffen, wenn sie derartigen Schmierstoffen ausgesetzt sind, wodurch die Lebensdauer derartiger elastischer Faltenbälge weiter verkürzt wird.

Aus der US 32 60 071 ist ein Gleichlaufdrehgelenk mit einer gattungsgemäßen Gelenkabdichtung bekannt, das aus­ schließlich eine einzige kugelige Flächenpaarung zwischen einem formsteifen Teil der Abdichtung und dem kugeligen Gelenkaußenteil umfaßt. Ein daran in üblicher Weise be­ festigter Rollbalg unterliegt an der Einspannung gegenüber dem formsteifen Teil hohen Verformungen bei einer Gelenk­ beugung, so daß hier Schäden in kurzer Zeit zu erwarten sind.

Die US 18 87 755 zeigt eine Gelenkabdichtung mit zwei gegeneinander abwinkelbaren Teilen mit kugeliger Konfi­ guration. Da das dort gezeigte Gelenk als Kreuzgelenk keine geschlossene Gelenkaußenteilfläche aufweist, ist eine kugelige Glocke auf eines der Gelenkbauteile aufge­ setzt und mit diesem winkelfest verbunden, das mit einem zweiten kugeligen Abdichtungsteil in flächiger Berührung steht, das mit dem anderen der Gelenkbauteile winkelfest verbunden ist. Das zweite der genannten kugeligen Teile umfaßt durch eine weiterhin aufgesetzte und angenietete Außenglocke einen kugeligen Ringspalt, in den das erste der Teile eingreift. Die gesamte Gelenkbeugung wird von den Bewegungen der beiden kugeligen Teile der Abdichtung aufgenommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Element zu schaffen, das in Herstellung und Montage Vereinfachungen und Kostenersparnisse ermöglicht.

Erfindungsgemäß sind Lösungen durch ein Element mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 3 gegeben.

Nach der ersten Alternative ist ein erster Abschnitt aus einem im wesentlichen un­ elastischen (halbstarren) Werkstoff gefertigt und so aus­ gelegt, daß er um das Gelenkaußenteil paßt, wobei eine teilweise kugelige Innenfläche des ersten Abschnittes abdichtend in die teilweise kugelige Außenfläche des Gelenk­ außenteils eingreift und so konstruiert ist, daß sie relativ hierzu gebeugt werden kann, und ist ein zweiter Balgabschnitt, der sich von dem ersten Abschnitt aus erstreckt, so ausgelegt, daß er abdichtend in die dem Gelenkinnenteil zugeordnete Welle eingreift, wobei der erste und zweite Abschnitt zusammen eine Schmierstoff speichernde und Schmutz abweisende Abdichtung für das Gelenk bilden.

Bei einem derartigen Element bietet der erste, aus einem im wesentlichen unelastischen Werkstoff (z. B. einem halb­ starren Polymer, möglicherweise einem aushärtbaren Werkstoff) hergestellte Abschnitt einen größeren Widerstand gegen Beschädigungen als ein elastischer Elastomerbalg. Derartige halbstarre Werkstoffe sind weniger empfindlich gegen hohe und niedrige Temperaturen und neigen weniger dazu, ihre Eigenschaften bei Kontakt mit Fetten zu verschlechtern als die üblicherweise für elastische Faltenbälge verwandten Elastomere.

Der abdichtende, flächenmäßige Eingriff zwischen der teil­ weise kugeligen Innenfläche des ersten Abschnittes und der teilweise kugeligen Außenfläche des Gelenkaußenteils gestattet einen bestimmten Beugungswinkel zwischen dem Ele­ ment und dem Gelenkaußenteil, ohne daß die Abdichtung zwischen den beiden Teilen gelöst wird. Die Abmessungen des ersten Abschnittes und des Gelenkaußenteils können so sein, daß ein leichter Formschluß oder Schnappverschluß zwischen beiden besteht, d. h. der erste Abschnitt weist ein offenes Durchmesserende auf, das etwas kleiner ist als der Durchmesser der teilweise kugeligen Fläche des Gelenk­ teils. Dieser Einbauzustand kann durch die Verwendung von ringförmigen Verengungsmitteln, wie z. B. einer Lippen­ dichtung oder einer O-Ring-Dichtung verbessert werden, die mit dem offenen Ende des ersten Balgabschnittes zusammen­ arbeitet, um den abdichtenden Eingriff in die Gelenkteil­ fläche zu gewährleisten. Der im wesentlichen unelastische oder halbstarre Werkstoff des ersten Abschnittes ist natürlich elastisch genug, um ihn auf das Gelenkaußenteil aufsetzen zu können.

Bei dem ersten und zweiten Abschnitt kann es sich um gesonderte Elemente mit einer dazwischen angeordneten, in Umfangsrichtung sich erstreckenden abdichtenden Verbindung handeln. Der zweite Abschnitt kann eine faltenlose Konfiguration aufweisen und, wie der erste Abschnitt, aus einem halbstarren Werkstoff hergestellt sein. Die beiden Balgabschnitte können sich relativ zueinander beugen, indem der erste Balgabschnitt mit einer teilweise kugeligen Nut versehen wird, in der ein Teil des zweiten Abschnittes abdichtend aufgenommen wird.

Nach der zweiten Alternative sind der erste und zweite Abschnitt einteilig ausgeführt und aus einem Werkstoff gefertigt, der im ersten Abschnitt im wesentlichen unelastisch oder halbstarr und im zweiten Abschnitt elastisch ist.

Erfindungsgemäß wird die großwinklige Gelenk­ beugung erstens entweder durch Verformung des zweiten Balg­ abschnitts, wenn dieser elastisch ist, oder relative Beugung zwischen dem ersten und zweiten Balgabschnitt, wenn dieser unelastisch ist, und zweitens durch relative Beugung zwischen dem ersten Balgabschnitt und dem Gelenkaußenteil aufgefangen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Gleichlaufdrehgelenks mit einer ersten Ausführung eines Dichtungselementes nach der Erfindung, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Ansicht eines Gleichlaufdrehgelenks mit einer anderen Ausführungsform eines Dichtungselementes gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt.

Die Fig. 1 zeigt ein (homokinetisches) Gleichlaufdreh­ gelenk 11. Das Gelenk gewährleistet die Drehmomentüber­ tragung und relative Beugung zwischen einer von dem Eingangsende 12 des Gelenks sich erstreckenden Eingangs­ welle 13 und einer von dem Ausgangsende 15 des Gelenks sich erstreckenden Ausgangswelle 14. Das Gelenk besteht aus einem mit der Eingangswelle 13 keilverzahnten oder anderweitig befestigten Gelenkinnenteil 19 und einem mit der Ausgangs­ welle 14 einteilig ausgebildeten Gelenkaußenteil 22. Gelenkinnen- und -außenteil weisen teilweise kugelige Flächen auf, die einander gegenüberliegen, und das Drehmoment zwischen den beiden Gelenkteilen wird durch eine Vielzahl von umfangs­ verteilten Kugeln 16 übertragen, die je in einem Paar gegen­ überliegender, umfangsverteilter Rillen 18, 21 aufgenommen werden. Die Kugeln nehmen Fenster in einem ringförmigen Käfig 17 zwischen den Gelenkteilen ein. Das Gelenkaußenteil kann durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Roh­ teil zu der fertigen oder teilweise fertigen Form des Gelenk­ teils verformt wird, insbesondere einem Schmiedeverfahren.

Derartige Drehgelenke, die sehr bekannt sind, werden üblicher­ weise in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb verwandt, und in solchen Anwendungsfällen kann es vorkommen, daß sie von dem dargestellten ungebeugten Zustand aus Beugungen bis zu 45° ausführen müssen. Diese Beugungswinkel ergeben sich als Folge der Aufhängungsbewegungen und der Fahrzeuglenkung. Das Gelenk fängt die Beugung durch das Rollen der Kugeln 16 in den Rillen 18, 21 in dem Gelenkinnen- und -außenteil auf. Das dargestellte Gelenk kann keine relative Axialbewegung zwischen seinem Innen- und Außenteil aufnehmen, d. h. es ist ein sog. Festgelenk.

Die präzisionsbearbeiteten Gelenkteile müssen geschmiert sein und vor Schmutz und anderen im Fahrzeugbetrieb vorkommenden Verunreinigungen geschützt werden. Zu diesem Zweck wird ein Ele­ ment 23 vorgesehen, um das Gelenkinnere von der Außenatmo­ sphäre abzudichten, Schmierstoff zu speichern und Verunreinigungen fernzuhalten. Das Element muß die Gelenkbeugung auffangen können.

Das Element 23 weist einen ersten Abschnitt 25 und einen zweiten Abschnitt 28 auf. Der erste Abschnitt 25 besteht aus einem halbstarren Werkstoff und weist eine teilweise kugelige Innenfläche auf, die in eine teilweise kugelige Außenfläche 24 des Gelenkaußenteils eingreift. Der Eingriff ist so, daß er abdichtend wirkt und eine Relativbeugung zwischen dem Gelenkaußenteil und dem ersten Abschnitt zuläßt.

An dem der Eingangswelle 13 am nächsten gelegene Ende des ersten Abschnitts 25 ist ein versetztes Teil 26 befestigt, um eine Nut 27 zu definieren, die eine teilweise kugelige Konfiguration aufweist. Der zweite Abschnitt 28 ist wie der erste Abschnitt aus einem halbstarren Werkstoff hergestellt und weist einen teilweise kugeligen Bereich auf, der in die Nut 27 paßt, so daß eine abdichtende Verbindung zwischen den beiden Abschnitten hergestellt wird, die es diesen ermöglicht, relativ zu einander gebeugt zu werden. Der zweite Abschnitt 28 ist weiterhin mit einem Bereich versehen, der den Bereich 29 der Eingangswelle 13 umgibt und abdichtend in diesen eingreift.

Das Element fängt infolgedessen die Beugung des Drehgelenks erstens durch Beugung des ersten Abschnitts 25 relativ zu dem Gelenkaußenteil und zweitens durch Beugung des ersten und zweiten Abschnitts zueinander auf. Der Eingriff des zweiten Abschnitts 28 in die Nut 27 gestattet eine Beugung bis zu ca. 20° in jede Richtung von der ungebeugten Stellung aus, was ausreicht, um alle im normalen Fahrbetrieb vorkommenden Beugungswinkel aufzufangen. Die Abmessungen des zweiten Abschnitts 28 und der Nut 27 sind so, daß der Abschnitt 28 den Rillenboden berührt, wenn dieser Beugungswinkel erreicht ist; hiernach müssen weitere Gelenk­ beugungen dadurch aufgefangen werden, daß der erste Ab­ schnitt 25 sich um die teilweise kugelige Außenfläche 24 des Gelenkaußenteils 22 bewegt. Hierdurch kann eine weitere Beugung von ca. 25° in alle Richtungen aufgefangen werden, so daß sich eine Gesamtbeugung von ca. 45° ergibt, die von einem Gelenk in einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb im allgemeinen nur gelegentlich bei scharfen Kurven und/oder Ein- oder Ausfederungsbewegungen verlangt wird.

Die teilweise kugelige Außenfläche 24 des Gelenkaußenteils 22 kann in dem Zustand verbleiben, wie er bei Herstellung des Gelenkaußenteils durch Schmieden entsteht, d. h. eine an­ schließende Bearbeitung ist nicht erforderlich, was zu einer Kostenreduzierung führt. Wird das Gelenkaußenteil nicht mit einer teilweise kugeligen Außenfläche hergestellt, kann ein Körper an der Außenseite des Gelenkaußenteils befestigt werden, um eine teilweise kugelige Außenfläche zu schaffen, in den der erste Abschnitt zu Abdichtungs- und Beugungszwecken, wie oben beschrieben, eingreifen kann. Ein auf diese Weise befestigtes Teil kann aus Kunststoff bestehen.

Der erste und zweite Abschnitt 25, 28 können aus einem entsprechend zähen, gegen Beschädigung unempfindlichen, halbstarren, nicht-elastomeren Polymerwerkstoff hergestellt werden. Ein mit Glasfaser imprägnierter Polyamidwerkstoff (Nylon) hat sich für solche Bauteile als geeignet erwiesen. Wenn das Element aus einem derartigen Material gefertigt wird, wird er gegen Beschädigungen wesentlich widerstandsfähiger sein als bisher bekannte elastische Faltenbälge aus Elastomer und seine Abmessungen werden sich innerhalb enger Toleranzen befinden, so daß er sich beim Zusammenbau für mechanische Handhabungs­ methoden eignet, wodurch wiederum Kosten gespart werden. Außerdem wird der Balg widerstandsfähiger gegen im Fahrbetrieb auftretende hohe und niedrige Temperaturen und weniger anfällig gegen eine Ver­ schlechterung der Eigenschaften als Folge des Kontakts mit dem das Gelenk schmierenden Fett. Es versteht sich, daß die Gleitbewegung zwischen den beiden Abschnitten und dem ersten Abschnitt und dem Gelenkaußenteil bei der Gelenkbeugung durch den im Elementinnern sich befindenden Schmierstoff unterstützt wird. Durch die im Betrieb auftretende Zentrifugalkraft bleibt der Schmierstoff in Berührung mit den Innenflächen des Elements während den Zeiträumen, in denen die Gelenkbeugung am häufigsten vorkommt.

Der erste Abschnitt 25 ist so bemessen, daß er auf der teilweise kugeligen Außenfläche 24 des Gelenkaußenteils einschnappt und dann dort gehalten wird, ohne daß die Notwendigkeit einer ringförmigen Klammer oder eines Rings auftritt. Die für den Abschnitt vorgesehenen Werkstoffe sind für eine solche Passung hinreichend elastisch, und wenn diese Werkstoffe als im wesentlichen unelastisch oder halbstarr bezeichnet werden, so ist damit gemeint, daß ihre Eigenschaften dergestalt sind, daß sich der Abschnitt im Betrieb nicht wesentlich verformt, in Übereinstimmung mit dieser Einbauweise. Der zweite Abschnitt 28 kann Rippen 30 aufweisen, die in die Nuten in der Eingangswelle 13 eingreifen und eine abdichtende Befestigung an dem Abschnitt gewährleisten, ohne daß eine Klammer oder dergl. erforderlich würde. Die Kosten der Herstellung und des Zusammenbaus der Teile werden daher reduziert.

Das in Fig. 2 gezeigte Drehgelenk 211 entspricht dem in Fig. 1 dargestellten und wird daher nicht weiter im einzelnen be­ schrieben. Es ist mit einem Element 223 versehen, das einen ersten Abschnitt 224 aufweist, welcher mit dem zweiten Abschnitt 235 einteilig gefertigt ist. Bei 244 a sitzt der erste Abschnitt 224 auf einer teilweise kugeligen, auf dem Gelenkaußenteil 222 vorgesehenen Außenfläche 233, um eine Abdichtung zu schaffen und eine relative Beugung zu ermöglichen, wie dies im Zusammenhang mit dem ersten Abschnitt der Fig. 1 beschrieben wurde. Der erste Abschnitt 224 weist eine Innenfläche 224 b mit teilweise kugeliger Form auf, und das freie Ende kann mit einem querschnittsverengenden Element 229 ähnlich der Vorrichtung 134 in der Ausführungsform nach Fig. 2 versehen werden.

Der Abschnitt 224 des Elements ist relativ hart, er ist halbstarr. Die Härte des zweiten Abschnitts 235 ist geringer (mittels "Durometer" gemessen) als die des Abschnitts 224. Bestimmte Urethanwerkstoffe können so hergestellt werden, daß sie unterschiedliche Härtewerte innerhalb eines einzigen Elementes aufweisen.

Der zweite Abschnitt 235 weist Falten auf. Er besitzt einen Endabschnitt 238, der in einen Abschnitt 239 einer Eingangswelle 213 eingreift und dabei mit Hilfe eines in einer nach außen weisenden, in Umfangs­ richtung sich erstreckenden Nut 242 in dem Endabschnitt 238 des Elements aufgenommenen ringförmigen Spannbandes 241 eine abdichtende Funktion ausführt.

Kleine Gelenkbeugungswinkel bis zu einem bestimmten Grenzwert werden durch Verformung des zweiten Abschnitts aufgefangen. Daran sich anschließende größere Beugungswinkel werden durch Beugung des ersten Abschnitts 224 gegenüber dem Gelenk­ außenteil 222 aufgefangen.

Die oben aufgeführten Ausführungsformen wurden im Zusammenhang mit einer Anwendung in einem Gleichlaufkugelgelenk für Kraftfahrzeuge beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch für weitere Anwendungsbereiche vorgesehen, wie z. B. Gleichlauf-Tripodegelenke und andere Gleichlaufgelenktypen oder sogar Nicht-Gleichlaufgelenke wie Hookes- oder Cardan-Gelenke vorausgesetzt solche Gelenke weisen ein Gelenkaußenteil auf, in das der erste Abschnitt des Elements zu Abdichtungs- und Beugungs­ zwecken eingreifen kann. Die Erfindung ist natürlich nicht auf Automobilanwendungen beschränkt.

Claims (8)

1. Element zum Abdichten eines drehmomentübertragenden Drehgelenks, wobei das Gelenk eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, ein mit einer der Wellen verbundenes Gelenkaußenteil, ein mit der anderen Welle verbundenes Gelenkinnenteil und Mittel zur Übertragung von Drehmoment zwischen den Gelenkteilen bei gleichzeitiger Aufnahme der relativen Beugung zwischen diesen aufweist, und das Gelenkaußenteil mit einer teilweise kugeligen Außenfläche versehen ist,
mit einem ersten Abschnitt (25, 125, 124) des Elements, der aus einem forsteifen Werkstoff gefertigt ist und mit einer teilweise kugeligen Innenfläche abdichtend die teilweise kugelige Außenfläche des Gelenkteils umschließt, wobei der erste Abschnitt relativ zu diesem gebeugt werden kann, und
einem zweiten Abschnitt (28, 128, 235), der sich axial an den ersten Abschnitt anschließt und abdichtend die dem Gelenkinnenteil zugeordnete Welle umschließt, wobei der erste und zweite Abschnitt dichtend miteinander verbunden sind und zusammen eine Schmierstoff speichernde und Schmutz abweisende Abdichtung für das Gelenk bilden, wobei der erste und der zweite Abschnitt gesonderte Teile sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschnitte jeweils aus einem halbelastischen oder im wesentlichen unelastischen Material bestehen, die beschränkt relativ zueinander beugbar sind,
daß der erste Abschnitt zum Teil zweischalig ausge­ bildet ist und in dem zwischen den Schalen gebildeten kugelabschnittsförmigen Zwischenraum den zweiten Abschnitt, der im wesentlichen Kugelabschnittsform hat, aufnimmt und
daß der erste und der zweite Abschnitt mit teilweise kugeligen Flächen dichtend in Eingriff sind.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte aus einem Duroplasten, insbesondere einem Polymer bestehen.

3. Element zum Abdichten eines drehmomentübertragenden Drehgelenks, wobei das Gelenk eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, ein mit einer der Wellen verbundenes Gelenkaußenteil, ein mit der anderen Welle verbundenes Gelenkinnenteil und Mittel zur Übertragung von Drehmoment zwischen den Gelenkteilen bei gleichzeitiger Aufnahme der relativen Beugung zwischen diesen aufweist, und das Gelenkaußenteil mit einer teilweise kugeligen Außenfläche versehen ist,
mit einen ersten Abschnitt (25, 125, 224) des Elements, der aus einem formsteifen Werkstoff gefertigt ist und mit einer teilweise kugeligen Innenfläche abdichtend die teilweise kugelige Außenfläche des Gelenkteils umschließt, wobei der erste Abschnitt relativ zu diesem gebeugt werden kann, und
einem zweiten Abschnitt (28, 128, 235), der sich axial an den ersten Abschnitt anschließt und abdichtend die dem Gelenkinnenteil zugeordnete Welle umschließt, wobei der erste und zweite Abschnitt dichtend miteinander verbunden sind und zusammen eine Schmierstoff speichernde und Schmutz abweisende Abdichtung für das Gelenk bilden,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Abschnitt einstückig aus­ gebildet sind und aus einem Werkstoff bestehen, der im ersten Abschnitt im wesentlichen halbelastisch oder unelastisch und im zweiten Abschnitt im wesentlichen flexibel ist.

4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt zumindest eine umlaufende Falte aufweist.

5. Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus formsteifen Material bestehende zweite Abschnitt formschlüssig in einen mit Nuten oder dergleichen versehenen Abschnitt des Wellenendes des inneren Gelenkkörpers eingreift.

6. Element nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aus elastischem Material bestehende zweite Element mit einem Spannband auf einem Abschnitt des Wellenendes des inneren Gelenkkörpers festgelegt ist.

7. Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus formsteifen Material bestehende zweite Element gegenüber dem ersten Element um etwa 20° an­ schlagfrei gebeugt werden kann.

8. Element nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aus elastischem Material bestehende zweite Element eine elastische Verformung von etwa 20° auf­ nehmen kann.