DE4220210A1 - Manschette fuer gelenkverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Manschette für eine Gelenkverbindung, insbesondere eine Gelenkwelle und insbesondere eine Halterung für eine solche Manschette, die eine gute Dichtung gewährleistet und einen größeren Betriebswinkel erlaubt als dies bei bisherigen Halterungen möglich ist.

Gelenkverbindungen die mit konstanter Geschwindigkeit laufen, sind bekannte Einrichtungen, um eine Rotationsbewegung gleichmäßig von einem Antriebselement auf ein getriebenes Element zu übertragen, wobei die Drehachsen der beiden Elemen­ te einen Winkel zueinander bilden. Ein Antriebselement ist z. B. eine von einem Motor oder einem Getriebe ausgehende Welle und das getriebene Element ist ein Rad oder eine Welle, die sich zu einer vom Motor anzutreibenden Maschine oder Rad erstreckt.

Solche Verbindungen werden vielfach für vorderradgetriebene Fahrzeuge verwendet. Bei dieser Anwendung muß eine Drehbewegung vom Getriebe auf die Vorderräder übertragen werden, wobei sowohl das Getriebe wie auch die Vorderräder in relativ festen vertikalen Ebenen verbleiben, jedoch vertikal relativ zueinander versetzbar sind. Da der Abstand zwischen dem Getriebe und den Vorderrädern kurz ist, kann die sich zwischen beiden erstreckenden Welle ziemlich spitze Winkel nach oben und nach unten einnehmen wenn sich das Fahrzeug bewegt, im Vergleich zur Ruheposition, in der sich das Fahrzeug nicht bewegt. Zur Anpassung an eine solche relative Bewe­ gung sind mit konstanter Geschwindigkeit laufende Gelenkverbindungen an jedem Ende der Welle vorgesehen, um eine Anpassung an die Winkelveränderung und an eine horizontale Verschiebung zu erreichen.

Wegen des hohen Bewegungsgrades zwischen den sich bewegenden Teilen bei einer solchen Gelenkverbindung ist es erforderlich, daß sie gut geschmiert ist und daß Schmutz und Staub abgehalten sind. Um dies zu erreichen ist eine elastische Man­ schette vorgesehen, um das Gelenk abzudichten. Die Schutzkappe oder Manschette ist gewöhnlich an einer zylindrischen Welle mit Hilfe eines fest angezogenen Metall­ bandes befestigt. In einigen Fällen ist die Manschette am Gelenk ebenfalls mit Hilfe eines Metallbandes befestigt, das um eine geeignete zylindrische Fläche angezogen wird, die ein Metallteil umfassen kann, das vom Gehäuse der Gelenkverbindung ausgeht. In anderen Fällen ist die Manschette am Gelenk mit Hilfe eines ringförmigen Halteringes befestigt, der eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, wobei dieser Ring auf einen flachen ringförmigen Flansch paßt, der am Ende der Manschette quer zu deren Hauptachse ausgebildet ist. Der Flansch hat eine entsprechende Mehrzahl von Öffnungen und eine Mehrzahl von Befestigungselementen erstreckt sich durch die Öffnungen im Haltering und im Flansch in das Gehäuse des Gelenkes.

Solche konventionellen Mittel zur Befestigung von Manschetten an Gelenkverbindun­ gen oder Gelenkwellen haben eine Anzahl von Nachteilen, unter anderem, daß die Arbeitswinkel in den verschiedenen Positionen begrenzt sind. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß elastisches Material (ein Teil der Manschette) zwischen dem Spann­ element und dem Element angeordnet ist, an welchem die Manschette befestigt wird. Die letztere Anordnung kann dazu führen, daß das Manschettenmaterial zwischen den Metallflächen überbeansprucht, z. B. zu stark zusammengepreßt wird, wodurch die Lebensdauer der Manschette verkürzt werden kann. Wenn die Spannfläche einen Metallansatz umfaßt, der sich vom Gelenk aus erstreckt, können extreme Arbeits­ winkel dazu führen, daß die Welle am Ende dieses Ansatzes anstößt. Auch beruht bei dieser letztgenannten Ausbildung die Dichtwirkung auf einer relativ unwirksamen Metall/Metall-Dichtung, die das Schmiermittel zurückhalten soll.

Einige konventionelle Manschetten, die für hohe Geschwindigkeiten gedacht sind, sind von einem zylindrischen Mantel umgeben, um zu verhindern, daß sich die Manschetten bei hohen Drehzahlen erweitern oder aufblähen. Die Manschetten sind gewöhnlich umgebördelt oder angeklebt oder anderweitig an der inneren Oberfläche dieses Mantels befestigt. Eine solche Ausbildungsform ist nachteilig, weil diese Befestigung den axialen Arbeitshub und den Arbeitswinkel der Manschette begrenzt.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Halterung zur Befestigung von Man­ schetten an Gelenkverbindungen zu schaffen, die größere Arbeitswinkel ermöglicht als dies bisher der Fall war. Zweckmäßigerweise soll ferner eine solche Halterung eine Überbelastung des Manschettenmaterials verhindern, wenn die Manschette an der Gelenkwelle befestigt wird. Schließlich soll die Halterung zweckmäßigerweise als einen integralen Teil einen Mantel aufweisen, um ein Aufblähen der Manschette zu verhindern, wobei dieser Mantel an der Manschette nicht befestigt sein soll, um größere Arbeitswinkel und eine freie axiale Bewegung der Manschette zu ermögli­ chen. Schließlich soll es zweckmäßiger Weise möglich sein, eine solche Halterung und die Manschette auch bei existierenden Gelenkverbindungen und Gelenkwellen zu verwenden.

Nach der Erfindung ist hierzu vorgesehen, eine flexible Manschette an einer Fläche eines äußeren Laufringes einer Gelenkverbindung oder Gelenkwelle anzubringen, wobei die Manschette einen allgemein ringförmigen flachen Bund mit einer gleichmä­ ßigen Dicke und einer Mehrzahl von darin ausgebildeten Öffnungen hat. Die Halte­ rung umfaßt einen allgemein ringförmigen Haltering mit einer entsprechenden Mehr­ zahl von darin ausgebildeten Bohrungen mit einem axial verlaufenden Kragen, der um jede der Bohrungen ausgebildet ist. Die axialen Längen der Kragenabschnitte beträgt etwa 80% der Dicke des Manschettenflansches. Die Manschette wird an der Fläche des äußeren Laufringes befestigt, indem der Haltering so angeordnet wird, daß die Kragenabschnitte sich durch die Öffnungen des Manschettenflansches erstrecken. Entsprechende Schrauben werden durch den Haltering und die Öffnungen im Man­ schettenflansch hindurchgeführt und in axial erstreckende Bohrungen im äußeren Laufring geschraubt, wobei diese Schrauben auch die Mittel sein können, mit deren Hilfe die Gelenkverbindung montiert wird. Wenn die Schrauben angezogen werden, wird der Manschettenflansch durch den Haltering zusammengepreßt, wodurch eine Dichtung zwischen ihm und dem äußeren Laufring gebildet wird. Da jedoch die Kragenabschnitte an der Fläche des äußeren Laufringes anstoßen, kann der Haltering den Manschettenflansch nur auf etwa 80% seiner ursprünglichen Dicke zusammen­ pressen, wodurch verhindert wird, daß der Manschettenflansch zerdrückt oder gequetscht wird wenn die Schrauben zu stark angezogen werden sollten.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Gehäuse oder ein Mantel vorgesehen, der integral mit dem Haltering ausgebildet ist, um ein Aufblähen der Manschette bei hohen Drehzahlen zu vermeiden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 im Schnitt eine Gelenkverbindung mit einer Manschette und einer Halterung für diese zeigt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Haltering der Halterung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie 3/3 von Fig. 2.

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Teil von Fig. 1.

Fig. 5 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Halterung nach Fig. 1.

Fig. 6 zeigt im Schnitt eine weitere alternative Ausführungsform der Halte­ rung nach Fig. 1.

Fig. 7 zeigt in Seitenansicht und teilweise geschnitten eine Halterung für eine Manschette mit einem integralen Mantel, um das Aufblähen der Manschette zu verhindern.

Fig. 8 zeigt in Draufsicht die Halterung nach Fig. 7.

Fig. 9 zeigt die Halterung nach Fig. 7 im Schnitt.

In der Zeichnung sind gleiche Teile durchgehend mit den selben Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt eine mit konstanter Geschwindigkeit laufende Gelenkverbindung 10. Das Gelenk oder die Gelenkverbindung 10 hat eine beliebige konventionelle Bauart, weshalb ihre Elemente und ihre Arbeitsweise hier nicht beschrieben werden. Eine solche Gelenkverbindung 10 kann beispielsweise an einer ersten vertikalen Fläche 12 eines Rades oder einer Welle befestigt sein, mit der sie rotiert.

Ausgehend von dem Gelenk 10 an einer zweiten vertikalen Fläche 14 verläuft eine Welle 16, die entweder ein treibendes oder ein getriebenes Element sein kann, abhängig vom Anwendungsfall. Obwohl die Welle 16 so dargestellt ist, daß ihre Hauptachse quer zur vertikalen Ebene des Gelenkes 10 liegt, besteht der Zweck eines solchen Gelenkes oder einer solchen Gelenkverbindung darin, daß das entfernte Ende der Welle bzw. die Welle selbst sich aus der dargestellten Position herausbewe­ gen kann so, daß ihre Achse einen spitzen Winkel zur vertikalen Achse der Gelenk­ verbindung bildet.

Zwischen der Welle 16 und der zweiten Fläche 14 ist eine elastische Manschette angeordnet, die allgemein mit 20 bezeichnet ist und die an der Welle 16 fest mit Hilfe eines konventionellen Metallbandes 24 befestigt ist, das um einen dickeren zylin­ drischen Abschnitt 28 der Manschette angezogen ist, der an einem ersten Ende der Manschette ausgebildet ist. Die Manschette 20 hat einen hohen Grad an Flexibilität aufgrund einer Mehrzahl von Windungen 32.

Wie Fig. 4 zeigt, ist am zweiten Ende der Manschette 20 ein allgemein flacher ringförmiger Flanschabschnitt 40 ausgebildet, durch den sich eine Anzahl von Löchern 44 erstrecken. Der Flansch 40 liegt an der zweiten Fläche 14 an und ist an dieser durch einen ringförmigen Haltering festgehalten, der aus einem Metall oder einem anderen geeigneten harten Material besteht und der eine Anzahl von Löchern 52 aufweist, die den Löchern 44 im Flansch 40 entsprechen. Der Haltering 50 kann am Gelenk 10 mittels einer Mehrzahl von Befestigungselementen z. B. Schrauben 60 (Fig. 1) befestigt werden, die durch eine Bohrung 62 verlaufen, die im Gelenk ausgebildet ist und in eine Gewindebohrung in einem nicht gezeigten treibenden oder getriebenen Element eingeschraubt sind. Die Schrauben 60 können daher auch die Elemente bilden, um das Gelenk an dem treibenden oder getriebenen Element zu befestigen. Alternativ kann die Bohrung 62 mit Gewinde versehen sein, in welchem Fall die Schraube 60 in diese Gewindebohrung eingeschraubt ist und sich nicht in das andere Element erstreckt. Zu jeder Bohrung 52 gehört eine entsprechende Bohrung 44 und zu jedem Paar dieser Bohrungen oder Löcher gehört eine entsprechende Schraube 60, die in eine Gewindebohrung 62 eingeschraubt wird.

In dem Gelenk 10 ist ein Schmiermittel enthalten, und es wird darin gehalten mit Hilfe einer Dichtung zwischen dem elastischen Material des Flansches 40, der Manschette 20 und der Metalloberfläche der zweiten Stirnfläche 14.

Fig. 4 zeigt weiterhin wie auch die Fig. 2 und 3 den Haltering 50, der einen allgemein flachen ringförmigen Abschnitt 70 aufweist, parallel zur Stirnfläche 14 des Gelenkes 10, ferner einen Kragenabschnitt 72, der sich von dem flachen ringförmi­ gen Abschnitt zur zweiten Fläche 14 hin erstreckt, sowie einen sich nach außen erweiternden inneren Abschnitt 74, der weg von der zweiten Stirnfläche 14 verläuft und teilweise die Manschette 20 abstützt, wo sie sich von der zweiten Stirnfläche 14 aus entfernt, so daß die Manschette nicht um eine scharfe Ecke gebogen werden muß.

Der Kragen 72 hat vorzugsweise eine Höhe in der Größenordnung von etwa 80% der unbelasteten Dicke des Flansches 40 der Manschette 20, so daß die Stärke der Zusammendrückung des Flansches kontrolliert wird. Diese Anordnung erlaubt einen soliden Metall-Metall-Kontakt zwischen dem Haltering 50 und der zweiten Stirnfläche 14, verhindert jedoch eine Überbelastung (zu starke Pressung) des Flansches 40. Die Schrauben 62 können daher stark angezogen werden, um eine gute Festigkeit und Dichtheit zu erzielen, trotzdem wird der Flansch 40 nur um einen vorgegebenen kontrollierten Betrag zusammengedrückt.

Der Kragen 72 kann ein separates Element sein oder er kann in Form einer Schulter an der Schraube 60 ausgebildet sein.

Die Verwendung von Schrauben 60 zur Befestigung der Manschette 20 und des Halteringes 50 bedeutet, daß die Manschette und der Haltering leicht an nahezu alle existierenden Gelenke dieser Art angebracht werden können, durch Ausbau der vorhandenen Manschette und deren Halterung und Installierung der Manschette 20 mit dem Haltering 50, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Halteringes 50. Hier hat der Haltering 50 einen zylindrischen Ansatz, der an einem Außenumfang angeformt ist, um die zylindrische Oberfläche des äußeren Laufringes des Gelenkes 10 an der zweiten Stirnfläche 14 zu erfassen oder anzustoßen, um eine größere Festigkeit des Halterin­ ges zu bewirken.

Fig. 6 zeigt noch eine alternative Ausführungsform des Halteringes 50. Hier hat der Haltering 50 einen zylindrischen Ansatz, der an seinem Außenumfang angeformt ist und um den Außenumfang des Flansches 40 der Manschette 20 umgekrimpft oder umgebördelt ist, so daß der Haltering und die Manschette als komplette Baugruppe geliefert werden können.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen einen Haltering 50′, der allgemein dieselben Merkmale wie der Haltering 50 hat, außer daß der innere sich nach außen erweiterende Abschnitt 74 des Halteringes 50 verlängert worden ist, um einen Mantel 74′ am Haltering 50′ zu bilden, der die Manschette 20′ (nur Fig. 7) umgibt, um eine Aufblähung oder Ausweitung der Manschette zu vermeiden. Der Mantel 74′ hat ein sich erweiterndes glockenförmiges Ende 88, um größere Arbeitswinkel für die Welle 16 zu ermöglichen.

Da die Manschette 20′ an dem Mantel 74′ nicht befestigt ist, kann sie sich frei axial bewegen, wodurch die Fähigkeit der Welle 16 unterstützt wird, größere Arbeits­ winkel einzunehmen.

Fig. 8 und 9 zeigen Mittel, die am Haltering 50′ vorgesehen werden können, um diesem eine zusätzliche Steifigkeit zu geben und die, falls gewünscht, auch bei dem Haltering 50 vorgesehen werden können. Bei diesem Haltering ist eine Anzahl von langgestreckten bogenförmigen Mulden 96 in dem flachen ringförmigen Abschnitt 70 des Halteringes 50′ ausgebildet, die längs eines Kreises verlaufen, der durch die Mitten der Öffnungen 52 geht. Die Tiefe der Mulden 96 kann 20% der Dicke des Flansches 40 (Fig. 4) übersteigen, um sich der Stirnfläche 14 des Gelenkes 10 eng anzunähern, dies ist jedoch nicht nachteilig, da eine etwa entstehende Überbelastung des Flanschmateriales nicht an dessen Bohrungen auftritt.

Die Halteringe 50 und 50′ können aus Metall bestehen und mittels jeder konventio­ nellen Arbeitsweise hergestellt sein. Die Manschetten 20 und 20′ können ebenfalls aus jedem geeigneten Material bestehen und in üblicher bekannter Weise hergestellt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Befestigung einer Manschette an eine Gelenkverbindung, gekennzeichnet durch

• a) einen allgemein flachen ringförmigen Flansch an einem Ende der Manschette zum Eingriff mit einer Fläche der Gelenkverbindung;
• b) eine Mehrzahl von Öffnungen in dem ringförmigen Flansch;
• c) einen ringförmigen Haltering mit einem allgemein flachen ringförmi­ gen Abschnitt, der an dem ringförmigen Flansch anliegt;
• d) eine Mehrzahl von Öffnungen in dem ringförmigen Abschnitt des Halteringes, wobei diese Öffnungen den Öffnungen im ringförmigen Flansch entsprechen, so daß Befestigungselemente durch diese Öff­ nungen hindurchgeführt werden können, um den Haltering an dem Gelenk zu befestigen, wobei der ringförmige Flansch zwischen beiden eingepreßt wird;
• e) und durch Einrichtungen, um den Grad der Zusammendrückung des ringförmigen Flansches zwischen dem Haltering und dieser Fläche zu begrenzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Begrenzung des Grades der Zusammenpressung eine Mehrzahl von Kragen aufweisen, die um die Öffnungen in dem ringförmigen Abschnitt ausgebildet sind und sich von diesem aus quer erstrecken, um in Kontakt mit der Stirn­ fläche des Gelenkes zu treten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge dieser Kragen etwa 80% der nicht belasteten Dicke des ringförmigen Flansches beträgt, so daß wenn der Haltering an der Fläche befestigt wird, der Flansch auf etwa 80% seiner nicht belasteten Dicke zusammengepreßt wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Innenumfang des ringförmigen Abschnittes des Halteringes ein innerer, sich erweiternder Teil angeformt ist, der sich von der Stirnfläche aus nach außen erstreckt, um in Eingriff mit einem Teil der Manschette zu treten.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Abschnitt, der sich quer zum Außenumfang des ringförmigen Teiles des Halteringes erstreckt, so daß er sich um ein zylin­ drisches Element erstreckt und in Kontakt mit diesem tritt, von welchem die genannte Stirnfläche ein Teil ist, um dem Haltering Festigkeit zu geben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Abschnitt, der sich quer zum äußeren Umfang des ringförmigen Teils des Halteringes erstreckt und teilweise um den ringförmigen Flansch der Man­ schette umgebördelt ist, so daß der Haltering und die Manschette als zu­ sammengebaute Einheit lieferbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Abschnitt, der sich quer nach außen vom Innenumfang des ringförmigen Teiles des Halteringes aus erstreckt und die Manschette umgibt, um ein Aufblähen der Manschette bei hohen Drehzahlen zu verhindern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende des zylindrischen Abschnittes eine sich nach außen erweiternde glockenförmi­ ge Gestalt hat, um hohe Arbeitswinkel der Gelenkverbindung zu ermöglichen.