DE3705611A1 - Dichtelement fuer drehgelenke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtelement für ein drehmo­ mentübertragendes Drehgelenk. Insbesondere wurde das Ele­ ment für ein Gleichlaufdrehgelenk entwickelt, so wie es üblicherweise in dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb verwendet wird.

Gleichlaufdrehgelenke finden in der Automobilindustrie zur Kraftübertragung auf die angetriebenen Vorderräder eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb weitverbreitete Verwendung. 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 abgedichtende Funktion erfüllt, indem für jedes Gelenk eine im allgemeinen als Faltenbalg bekannte, elastische, üblicherweise aus einem Elastomer hergestellte Vorrichtung vorgesehen wurde. Die Falten er­ lauben es dem Balg, sich zu verformen, um die Gelenkbeu­ gung aufzufangen, d. h. die Winkelbewegung zwischen Ge­ lenkeingangs- und -ausgangswelle von der ungebeugten Stel­ lung aus, in der die Wellen fluchten. Die Beugung wird durch die Aufhängungsbewegungen und Kurvenfahrten des Fahrzeugs verursacht.

Derartige Faltenbälge haben weitverbreitete Anwendung ge­ funden, weisen aber bestimmte Nachteile auf. Sie sind re­ lativ teuer und müssen von Hand eingebaut werden. Da diese elastischen Bälge aus Elastomerwerkstoffen hergestellt werden, sind sie im Betrieb durch Schlageinwirkung von der Straße her beschädigungsanfällig, und durch die im Laufe der normalen Lebensspanne eines Fahrzeugs auftretenden niedrigen und hohen Temperaturen verschlechtern sich ihre Eigenschaften. Dazu kommt, daß die elastischen Bälge auf­ grund der Falten ein relativ großes Innenvolumen aufwei­ sen, so daß eine große Menge Schmierstoff (meistens Fett) erforderlich ist, um eine einwandfreie Gelenkschmierung zu gewährleisten. Außerdem bauen sich viele Elastomerwerk­ stoffe ab, wenn sie derartigen Schmierstoffen ausgesetzt sind, wodurch die Lebensdauer derartiger elastischer Fal­ tenbälge weiter verkürzt wird.

In der britischen Patentmeldung 21 71 173 A wird ein Dichtelement für ein Drehgelenk offenbart, das einen ersten Dichtabschnitt aus einem im wesentlichen une­ lastischen Werkstoff aufweist, der so ausgelegt ist, daß er um das Drehgelenkaußenteil paßt und abdichtend in eine teilweise kugelige Außenfläche des Gelenkaußenteils ein­ greift, um eine Beugung relativ hierzu zu ermöglichen. Das Dichtelement weist weiterhin einen zweiten Dichtabschnitt auf, der zu Beugungszwecken abdichtend in einem teilweise kugeligen Schlitz in dem ersten Dichtabschnitt aufgenommen wird, wobei sich der zweite Dichtabschnitt in der Weise erstreckt, daß er abdichtend in eine dem Drehgelenkinnen­ teil zugeordnete Welle eingreift. Wegen der zur Verwendung kommenden Werkstoffe und Konstruktionen überwindet ein solcher Dichtelement im wesentlichen die oben aufgeführten und den im allgemeinen bisher verwendeten elastischen Bälgen anhaftenden Nachteile.

Dennoch hat man erkannt, daß das in der oben genannten An­ meldung offenbarte Dichtelement Raum für Verbesserungen zuläßt, und es ist daher Aufgabe der gegenwärtigen Erfin­ dung, solche Verbesserungen durchzuführen.

Erfindungsgemäß wird ein Element zum Abdichten eines dreh­ momentübertragenden Drehgelenks der eingangs genannten Art geschaffen, das aus folgenden Teilen besteht:
einem ersten Dichtabschnitt aus einem im wesentlichen un­ elastischen Werkstoff, der um das Gelenkaußenteil paßt, wobei eine Innenfläche des ersten Dichtabschnitts abdich­ tend in die teilweise kugelige Außenfläche des Gelenk­ außenteils eingreift und relativ hierzu beugbar ist, und
einem zweiten Dichtabschnitt, der sich von dem ersten Dichtabschnitt aus erstreckt und abdichtend die dem Gelenkinnenteil zugeordneten Welle umschließt, wobei der erste und zweite Dichtabschnitt zusammen eine Schmierstoff speichernde und Schmutz abweisende Abdichtung für das Ge­ lenk bilden, und wobei der erste Dichtabschnitt ein Innenteil aufweist, das so angeordnet ist, daß es auf der Außenfläche des Gelenk­ außenteils aufsitzt und diese abdichtend umgreift, sowie ein Außenteil, das konzentrisch auf dem Innenteil aufsitzt und mit diesem einen teilweise kugeligen Ringspalt defi­ niert, der sich zu der dem Gelenkinnenteil zugeordneten Welle hin öffnet, und wobei der zweite Dichtabschnitt aus einem im wesent­ lichen unelastischen Werkstoff gefertigt ist und zwecks Beugung relativ zu dem ersten Abschnitt in den teiIweise kugeligen Ringspalt aufgenommen wird, und mit diesem in einem abdichtenden Verhältnis steht, und wobei die Beugung des Drehgelenks zunächst durch die Bewegung des zweiten Dichtabschnitts relativ zu dem ersten Dichtabschnitt und dann durch die Bewegung des ersten Dichtabschnitts relativ zu dem Gelenkaußenteil aufgenommen wird. Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Dichtelement der erste Dichtabschnitt aus jeweils einem separaten Innen- und Außenteil besteht, können unterschiedliche Werkstoffe für diese Teile verwendet werden. Die Werkstoffeigenschaften können in Bezug auf Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung und Abdichtvermögen optimiert werden.

In der bevorzugten Ausführungsform wird das Außenteil des ersten Dichtabschnitts aus einem ersten, im wesentlichen unelastischen Werkstoff und das Innenteil des ersten Dichtabschnitts aus einem zweiten, im wesentlichen unelastischen Werkstoff geformt, wobei der erste Werkstoff eine größere Härte als der zweite Werkstoff aufweist. Das Außenteil leistet maximalen Widerstand gegen Beschädigung und das Innenteil hat optimale Dichtungseigenschaften.

Vorzugsweise handelt es sich sowohl bei dem ersten wie bei dem zweiten Werkstoff um einen Polyurethan-Werkstoff. Es versteht sich, daß derartige, als im wesentlichen un­ elastisch beschriebene Werkstoffe, in der Praxis halbstarr und hinreichend elastisch sind, um zusammengebaut und auf dem Gelenkaußenteil montiert werden können, wie unten be­ schrieben. Vorzugsweise ist das Innenteil des ersten Dichtabschnittes so ausgelegt, daß es eine Schnappverbindung mit der teilweise kugeligen Fläche des Gelenkaußenteils eingeht.

In einem erfindungsgemäßen Element werden kleine Drehge­ lenkbeugungen bis zu ca. 20 Grad von der ungebeugten Stellung aus durch die Bewegung des zweiten Dichtab­ schnitts innerhalb des teilweise kugeligen von dem ersten Dichtabschnitt definierten Ringsspalt aufgefangen, ohne daß der erste Dichtabschnitt auf dem Gelenkaußenteil be­ wegt wird. Bei größeren BeugungswinkeIn berührt der zweite Dichtabschnitt den Boden des von dem ersten Dichtabschnitt geschaffenen Ringspaltes, woraufhin sich der erste Dicht­ abschnitt auf dem Gelenkaußenteil bewegt.

Die Erfindung betrifft außerdem die Kombination eines Drehgelenks mit einem erfindungsgemäßen Balg. Diese und andere Merkmale der Erfindung werden nun anhand von Bei­ spielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Gleichlaufdreh­ gelenks mit einem erfindungsgemäßen Dichtele­ ment mit einem Teilschnitt

Fig. 2 einen Schnitt nach Fig. 1, mit Angabe einer Einzelheit einer weiteren Ausführungsform ei­ nes erfindungsgemäßen Dichtelements.

Fig. 1 zeigt ein Gleichlaufdrehgelenk 11 mit einem erfin­ dungsgemäßen Dichtelement. Das Gelenk, bei dem es sich um ein Festgelenk handelt, weist ein an dem keilverzahnten Ende einer Welle 13 befestigtes Gelenkinnenteil 19 und ein mit einer Welle 14 einteilig hergestelltes Gelenkaußenteil 22 auf. Die Welle 13 kann die Eingangswelle des Gelenks und Welle 14 die Ausgangswelle sein, oder umgekehrt. Das Drehmoment zwischen Gelenkinnen- und -außenteil wird durch eine Vielzahl von umfangsverteilten Kugeln 16 übertragen, die je in zwei einander zuwendenden Rillen 18, 21 im Ge­ lenkinnen- bzw. Gelenkaußenteil aufgenommen werden. Jede Kugel 16 wird außerdem in einer entsprechenden Öffnung in einem Käfig 17 aufgenommen, der ringförmig ausgebildet ist und teilweise kugelige Innen- und Außenfläche aufweist, die in entsprechende teilweise kugelige Flächen zwischen den Rillen in dem Gelenkinnen- und -außenteil eingreifen.

Die Konfiguration des Käfigs und/oder der Rillen 18, 21 in dem Gelenkinnen- und -außenteil ist dergestalt, daß bei Gelenkbeugung die Mitten der Kugeln 16 eine gemeinsame Ebene einnehmen, die den Winkel zwischen den Drehachsen des Gelenkinnen- und -außenteils teilt, wodurch das Gelenk - wie bekannt - Gleichlaufeigenschaften beider Drehmoment­ übertragung erhält. Das Gelenkaußenteil 22, das z. B. durch Schmieden einteilig mit der Welle 14 hergestellt wird, weist eine teilweise kugelige Außenfläche 24 auf.

Im Betrieb, d. h. wenn das Gelenk in dem Antriebsstrang zum Antrieb eines Vorderrads eines Fahrzeugs mit Vorder­ radantrieb eingsetzt wird, kann es vorkommen, daß die Wel­ len 13 und 14 eine Beugung von ca 45 Grad in Bezug aufein­ ander von der dargestellten fluchtenden Stellung aus aus­ führen müssen. Diese Beugung ist die Folge der Aufhängungsbewegung und Kurvenfahrt des Fahrzeugs. Unter normalen Fahrbedingungen, werden im allgemeinen Beugewin­ kel bis ca. 20 Grad von der fluchtenden Stellung aus er­ reicht; größere Beugungswinkel treten bei weniger häufig vorkommenden Verhältnisse auf, wie z. B. bei scharfen Kurven und/oder maxiamler Ein- und Ausfederung der Aufhängung. Unter all diesen Bedingungen muß das Gelenk natürlich geschmiert und vor dem Eintritt von Schmutz geschützt werden.

Aus diesem Grunde wird das Drehgelenk mit einem Dichtele­ ment 23 versehen. Das Element weist einen ersten Dichtab­ schnitt 25 auf, der seinerseits aus einem Innenteil 25 a und einem Außenteil 25 c besteht. Das Innenteil 25 a hat im wesentlichen die Form einer teiIweise kugeligen Schale und weist sich radial nach innen erstreckende umfangsverteilte Rippen 25 b auf, die die teilweise kugelige Außenfläche 24 des Gelenkaußenteils 22 dichtend umgreifen.

Das Innenteil 25 a weist an seinem Ende in Richtung auf die Welle 13 ein Teil 25 d mit reduzierter radialer Stärke auf.

Das Außenteil 25 c des ersten Dichtabschnitts 25 hat ebenso im wesentlichen die Form einer teilweise kugeligen Schale und sitzt konzentrisch auf dem Innenteil 25 a, so daß ein teilweise kugeliger Ringspalt 27 zwischen dem Teil 25 d des Innenteils und dem diesem sich zuwendenden Teil des Außen­ teils 25 c definiert wird.

Das Element weist weiterhin einen zweiten Abschnitt 28 auf, der im wesentlichen die Form einer teilweise kugeligen Schale hat, die in den teilweise kugeligen Ring­ spalt 27 dichtend eingreift. Der zweite Dichtabschnitt weist weiterhin einen zylindrischen Bund 29 auf, der die Welle 13 dichtend umfaßt.

Die Abmessungen des zweiten Dichtabschnitts 28 und dem von dem ersten Dichabschnitt 25 definierte Ringsspalt 27 sind so gewählt, daß die beiden Abschnitte bis zu einem bestimmten Grad relativ zueinander gebeugt werden können. Vorzugsweise wird diese Beugung auf ca 20 Grad, sowie oben beschrieben, begrenzt. Eine Beugung von 20 Grad wird den meisten Betriebsbedinungen eines Drehgelenks gerecht. In die Beugung größer, berührt der zweite Dichtabschnitt 28 den Boden des Ringsspaltes 27 und den Teil des Innenteils 25 a im Anschluß an den Abschnitt 25 mit der reduzierten Stärke. Eine weitere Gelenkbeugung verursacht dann, daß das Innenteil 25 a um die teilweise kugelige Außenfläche 24 des Gelenkaußenteils geschoben wird, was zusätzlich noch eine Beugung von 30 Grad in jeder Richtung auffangen kann. Das Dichtelement kann also problemlos alle im Betrieb eventuell vorkommenden Beugungsgrade aufnehmen, einschließlich gelegentlicher Fälle von scharfen Kurven­ fahrten und/oder starker Ein- und Ausfederung der Aufhän­ gung.

Alle Teile des ersten Dichtabschnitts 25 werden aus einem zähen, beschädigungsunanfälligen, halbstarren Polymerwerk­ stoff hergestellt. Ein Polyurethanwerkstoff hat sich als sehr geeignet für die Fertigung aller dieser Teile erwie­ sen. Vorzugsweise wird das Außenteil aus einem Werkstoff hergestellt, der etwas härter ist als der des Innenteils, um einen maximalen Widerstand gegen Beschädigung in dem Außenteil 25 c und verbesserte Dichtungseigenschaften in dem Innenteil 25 a zu erzielen. Ein auf diese Weise herge­ stelltes Element 23 wird beschädigungsunanfälliger als die bisher bekannten elastischen Elastomerbälge sein, und sei­ ne Abmessungen liegen innerhalb sehr genauer Toleranzen, so daß es sich gut zur mechanischen Handhabung und automa­ tischen Montage eignet. Auf diese Weise lassen sich die Kosten einer manuellen Montage reduzieren. Außerdem wird das Element widerstandfähiger gegen eventuell im Betrieb vorkommende extrem hohe oder niedrige Temperaturen und weniger anfällig gegen eine Materialverschlechterung durch Kontakt mit den zur Verwendung kommenden Schmierstoffen sein. Weiterhin werden die Gleitbewegungen der beiden Dichtabschnitte relativ zu dem Gelenkaußenteil selbsttätig geschmiert und zwar aufgrund des in dem Balg enthaltenen Schmiermittels und der Tatsache, daß dieses durch die Zentrifugalkraft mit den gleitenden Elementabschnitt in Kontakt bleibt.

Das Innenteil des ersten Dichtabschnittes ist vorzugsweise so bemessen, daß es eine Schnappverbindung mit der teil­ weise kugeligen Außenfläche 24 des Gelenkaußenteils ein­ hergeht, wobei das Teil leicht aufgeweitet wird, damit die Rippen 25 b auf das Gelenkaußenteil geschoben werden kön­ nen, und dann dadurch gehalten wird, daß es auf seine un­ aufgeweiteten Maße zurückgeht. Es versteht sich, daß der für das Element vorzugsweise verwendete Polyurethanwerk­ stoff die Herstellung einer solchen Schnappverbindung er­ möglicht. In ähnlicher Weise schnappt das Außenteil 25 c über dem Innenteil 25 a ein. Der Bund 29 wird so bemessen, daß ein schmiermitteldichter Abschluß an der Welle 13 ge­ währleistet ist, ohne das ein Klemmring o.ä. oder eine Rille in der Welle 13 vorgesehen werden müssen.

Die Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Elementform, bei der der zweite Abschnitt 128 einen Endabschnitt 128 a aufweist, der in einen separaten zylindrischen Körper 129 eingreift, welcher wiederum die Welle 13 umschließt. Der Endabschnitt 128 a kann mit dem zylindrischen Körper 129 verbunden oder in anderer Weise daran befestigt werden.

Obgleich das erfindungsgemäße Element im Zusammenhang mit einem Gleichlaufdrehgelenk, bei dem der Antrieb über Ku­ geln übertragen wird, beschrieben wurde, liegt es im Rah­ men der Erfindung, daß sich das Element auch für andere Gelenktypen eignet, z. B. Tripode-Gelenke oder sogar Nicht-Gleichlaufgelenke, wie z. B. Hookes-Gelenke vorausgesetzt , das eine Gelenkteil weist eine teilweise kugelige Außenfläche auf, die ein Abschnitt des Elements umgreifen kann. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfin­ dung, daß die teilweise kugelige Fläche, mit der der erste Dichtabschnitt zusammenwirkt, nicht unbedingt an dem Ge­ lenkaußenteil selbst vorgesehen sein muß, sondern sich auch an einem weiteren, an dem Gelenkteil befestigten Bauteil befinden kann. Ein solches weiteres Bauteil könnte z. B. aus einem Kunststoff hergestellt sein.

Claims (7)

1. Dichtelement zum Abdichten eines drehmomentüber­ tragenden Drehgelenks, wobei das Gelenk eine Eingangs­ welle, 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 und gleich­ zeitigen Aufnahme der Relativbeugung zwischen diesen aufweist, und das Gelenkaußenteil mit einer teilweise kugeligen Außenfläche versehen ist, welches aus fol­ genden Teilen besteht:
einem ersten Dichtabschnitt aus einem im wesentlichen unelastischen Werkstoff, der um das Gelenkaußenteil paßt, wobei eine lnnenfläche (25 b) des ersten Dichtab­ schnitts abdichtend in die teilweise kugelige Außen­ fläche des Gelenkaußenteils eingreift und relativ hierzu beugbar ist, und
einem zweiten Dichtabschnitt, der sich von dem ersten Dichtabschnitt aus erstreckt und dichtend in die dem Gelenkinnenteil zugeordnete Welle umschließt, wobei der erste und zweite Abschnitt zusammen eine Schmierstoff speichernde und Schmutz ab­ weisende Abdichtung für das Gelenk bilden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Dichtabschnitt (25) ein Innenteil (25 a) aufweist, das auf der Außenfläche des Gelenkaußenteils (22) aufsitzt und diese abdichtend umgreift, sowie ein Außenteil (25 c), das konzentrisch auf dem Innenteil (25 a) aufsitzt und mit diesem einen teilweise kugeli­ gen Ringspalt (27) definiert, der sich zu der dem Ge­ lenkinnenteil (11) zugeordneten Welle (13) hin öffnet, und
daß der zweite Dichtabschnitt (28) aus einem im we­ sentlichen unelastischen Werkstoff gefertigt ist und zwecks Beugung relativ zu dem ersten Abschnitt in dem teilweise kugeligen Ringspalt (27) aufgenommen wird, und mit diesem in einem abdichtenden Verhältnis steht, wobei die Beugung des Drehgelenkes zunächst durch die Bewegung des zweiten Dichtabschnitts relativ zu dem ersten Dichtabschnitt und dann durch die Bewegung des ersten Dichtabschnitts relativ zum Gelenkaußenteil aufgenommen wird.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (25 c) des ersten Dichtabschnitts (25) aus einem ersten, im wesentlichen unelastischen Werkstoff und das Innenteil (25 a) des ersten Dichtab­ schnitts aus einem zweiten im wesentlichen un­ elastischen Werkstoff geformt wird, wobei der erste Werkstoff eine größere Härte als der zweite Werkstoff aufweist.

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Werkstoff für das Außenteil (25 c) als auch der Werkstoff für das Innenteil (25 a) Polyure­ thane sind.

4. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (25 a) des ersten Dichtabschnitts (25) einen Abschnitt (25 d) mit reduzierter radialer Stärke und mit einer teilweise kugeligen Außenfläche aufweist, und das Außenteil (25 c) mit einer teilweise kugeligen Innenfläche versehen ist, die sich der teil­ weise kugeligen Außenfläche des Abschnittes (25 d) mit reduzierter radialer Stärke zuwendet, um den teilweise kugeligen Ringspalt (27) zwischen den sich zuwendenden Fläche zu definieren.

5. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dichtabschnitt (28) ein Teil aufweist, der im wesentlichen die Form einer teilweise kugeligen Schale hat, um in den teilweise kugeligen Ringspalt (27) eingreifen zu können, sowie einen einteilig damit hergestellten oder damit verbundenen im wesentlichen zylindrischen Bund (29, 129), der abdichtend die dem Gelenkinnenteil zugeordnete Welle (13) umgreift.

6. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (25 a) des ersten Dichtabschnitts (25) so ausgebildet ist, daß es eine Schnappverbindung mit dem Gelenkaußenteil (22) eingeht.

7. Drehgelenk mit einer Eingangs- und einer Ausgangswel­ le, einem mit einer der Wellen verbundenen Gelenkaußenteil, einem mit der anderen Welle verbun­ denen Gelenkinnenteil und mit Mitteln zur Drehmoment­ übertragung zwischen den Gelenkteilen und zur Aufnahme der Relativbeugung zwischen diesen, wobei das Gelenk­ außenteil eine teilweise kugelige Außenfläche auf­ weist, mit einem Dichtelement nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (25 a) des ersten Dichtabschnitts (25) auf dem Gelenkaußenteil (22) aufsitzt und eine Innenfläche (25 b) des Innenteils (25) dichtend die teilweise kugelige Außenfläche (24) des Gelenkaußenteils (22) umgreift und relativ hierzu ge­ beugt werden kann, und daß der zweite Dichtabschnitt (28) dichtend die dem Gelenkinnenteil (19) zugeordnete Welle (13) umgreift.