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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Manschette, die ein
Gleichlaufgelenk bedeckt, die unerlässlich für ein Gelenk einer Antriebswelle, die
in einem Frontantriebsfahrzeug verwendet wird, ist, um zu verhindern,
dass Wasser oder Staub in einen Gelenkbereich des Gleichlaufgelenks
eindringt.
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung
Nr. Hei. 11-239408.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Eine
Dichtungsmanschette für
ein Gleichlaufgelenk gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus der US-A-5,722,669 bekannt. Herkömmlicher Weise
ist in einem Gelenkbereich eines Gleichlaufgelenks eine gleichmäßige Umdrehung
bei einem großen
Winkel sichergestellt, indem es durch eine balgförmige Manschette bedeckt ist,
damit man verhindert, dass Wasser und Staub in die Manschette eindringt.
Die Manschette für
das Gleichlaufgelenk enthält
einen ersten zylindrischen Bereich mit einem großem Durchmesser, der durch
einen äußeren Laufring
oder ähnliches
des Gelenks gehalten wird, einen zweiten zylindrischen Bereich mit
einem kleineren Durchmesser als ihn der erste zylindrische Bereich
aufweist, und der durch eine Welle gehalten wird, und einem balgförmigen oder
ziehharmonikaförmigen
Bereich in der Gestalt einer im Wesentlichen abgestumpften dreiecksförmigen Pyramide,
um integral dem ersten zylindrischen Bereich und den zweiten zylindrischen
Bereich miteinander zu verbinden. Bei der Verwendung kann, da ein
balgartiger Bereich sich mit Winkelvariationen zwischen dem äußeren Laufring
des Gelenks oder ähnlichem
und der Welle verformt, der Fügebereich
zuverlässig
durch die Manschette gedichtet werden, selbst wenn der Winkel beträchtlich
groß ist.
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Der
balgförmige
Bereich der herkömmlichen Manschette
für ein
Gleichlaufgelenk ist mit Spitzen bzw. Scheiteln und Tälern geformt,
die sich abwechseln, und jeweilige Spitzen und Täler sind im Wesentlichen geometrisch ähnlich gebildet.
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Bei
einer herkömmlichen
Manschette für
ein Gleichlaufgelenk sind die äußeren Durchmesser
der Spitzenbereiche verhältnismäßig groß, damit
der Weg zum Aufnehmen von Variationen im Winkel, der zwischen der
zentralen Achse eines äußeren Laufrings
eines Gelenks oder ähnlichem
und der zentralen Achse einer Welle geschmiert wird und Spannungen,
die am balgförmigen
Bereich erzeugt werden, verringert werden. In vergangenen Jahren
wurde jedoch, nachdem eine Gewichtsverringerung von Fahrzeugen verlangt
wurde, in Verbindung mit der Verkleinerung der Fahrzeuge auch nach
einer Verkleinerung der Manschetten für Gleichlaufgelenke gestrebt.
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Eine
Verkleinerung von Manschetten für Gleichlaufgelenke
bringt unweigerlich eine Verringerung im Außendurchmesser des balgartigen
Bereichs mit sich. Da eine Verkleinerung des äußeren Durchmessers des balgartigen
Bereichs in entsprechender Weise die Länge der Membran verkürzt, die die
Spitzenbereiche bildet, wird es verlangt, die Tiefe der Talbereiche
zu erhöhen,
damit die Menge des Versatzes des balgartigen Bereichs und Spannungen,
die dadurch erzeugt wurden, so beibehalten werden, wie sie vor der
Verkleinerung waren. Wie es jedoch in 5 gezeigt
ist, kann ein einfaches Vergrößern der
Tiefe der Talbereiche dazu führen,
dass der zweite Talbereich 12 zwischen den innenliegenden äußeren Laufring 100 des
Gelenks und die Welle 101 eingeklemmt wird, wenn der durch
die zentrale Achse des innenliegenden äußeren Laufrings 100 des
Gelenks oder ähnlichem
und der zentralen Achse der Welle 101 definierte Winkel
zunimmt. Wenn der Talbereich auf derartige Weise eingeklemmt ist, wird
eine starke Kraft auf den Talbereich aufgebracht, was den Talbereich
beschädigen
kann und somit dessen Dichtfähigkeit
beeinträchtigen
kann. Daher wurde die Manschette oft ausgetauscht, was wiederum
zum Problem von kurzer Lebensdauer führt.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Manschette für ein Gleichlaufgelenk vorzustellen,
bei welcher ein Verklemmen des Fußbereichs verhindert werden
kann, selbst wenn der Winkel zwischen einem Paar von Rotationsachsen,
die durch einen äußeren Laufring
der Manschette und eine Welle definiert werden, merklich groß ist, und deren
Abmessungen verringert sind.
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Die
Dichtungsmanschette für
ein Gleichlaufgelenk der vorliegenden Erfindung enthält zum Lösen des
oben beschriebenen Problems einen ersten zylindrischen Bereich,
einen zweiten zylindri schen Bereich, der von dem ersten zylindrischen
Bereich beabstandet und koaxial dazu ist und einen kleineren Durchmesser
als der erste zylindrische Bereich aufweist, einen ziehharmonikaförmigen Bereich,
der die Gestalt einer im Wesentlichen kegelstumpfartigen dreiecksförmigen Pyramide
aufweist, zum einstückigen
Verbinden des ersten zylindrischen Bereichs mit dem zweiten zylindrischen
Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass der ziehharmonikaförmige Bereich eine
Mehrzahl von Scheitel- und Fußbereichen
aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie ausgehend von der
Seite des ersten zylindrischen Bereichs einen ersten Fußbereich,
einen ersten Scheitelbereich, einen zweiten Fußbereich, einen zweiten Scheitelbereich,
einen dritten Fußbereich,
einen dritten Scheitelbereich usw. kontinuierlich und wechselweise
enthalten, dass der äußere Durchmesser
des ersten Scheitelbereichs nahezu der gleiche wie derjenige des
ersten zylindrischen Bereichs ist, und dass in einem Querschnitt,
der durch eine Ebene, die die zentrale Achse enthält, genommen
ist, die Länge
der Linie, die eine Oberseite des ersten Scheitelbereichs über den
zweiten Fußbereich
mit der Oberseite des zweiten Scheitelbereichs verbindet, nahezu
die gleiche wie diejenige der Linie ist, die die Oberseite des zweiten
Scheitelbereichs über
den dritten Fußbereich
mit der Oberseite des dritten Scheitelbereichs verbindet, und dass
die Tiefe des zweiten Fußbereichs
(h) und die Tiefe des dritten Fußbereichs (H) folgender Beziehung
genügen:
H/1.3≤h≤H/1.1.
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Bei
der Manschette für
ein Gleichlaufgelenk der folgenden Erfindung enthält der ziehharmonikaförmige Bereich
eine Mehrzahl von Scheitelbereichen und Fußbereichen, die derart angeordnet
sind, dass sie von der Seite des ersten zylindrischen Bereichs ausgehend
einen ersten Fußbereich,
einen ersten Scheitelbereich, einen zweiten Fußbereich, einen zweiten Scheitelbereich,
einen dritten Fußbereich
usw. kontinuierlich und abwechselnd enthalten, und dass der äußere Durchmesser
des ersten Scheitelbereichs nahezu der gleiche wie derjenige des
ersten zylindrischen Bereichs ist. Der äußere Durchmesser der Scheitelbereiche
wird graduell von dem zweiten Scheitelbereich ausgehend kleiner,
wodurch die Gestalt einer im Wesentlichen kegelstumpfförmigen dreiecksförmigen Pyramide
gebildet wird. Daher ist die Manschette für ein Gleichlaufgelenk der
vorliegenden Erfindung deutlich in der Größe verkleinert, da eine Linie,
die die Oberseiten von jedem Scheitelbereich verbindet, nahezu eine
gerade Linie ist und der äußere Durchmesser
eines jeden Scheitelbereichs des ziehharmonikaförmigen Bereichs kleiner als
derjenige des ersten zylindrischen Bereichs ist.
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Bei
der Manschette für
ein Gleichlaufgelenk der vorliegenden Erfindung ist die Länge der
Linie, die im Querschnitt, der durch eine Ebene genommen ist, die
die zentrale Achse enthält,
die O berseiten des ersten Scheitelbereichs durch den zweiten Fußbereich
zum zweiten Scheitelbereich verbindet, nahezu die gleiche wie diejenige
der Linie, die die Oberseite des zweiten Scheitelbereichs über den
dritten Fußbereich
mit der Oberseite des dritten Scheitelbereichs verbindet. Mit anderen
Worten ist die Länge der
Membran, die sich zwischen dem ersten Scheitelbereich und dem zweiten
Scheitelbereich erstreckt, nahezu die gleiche wie diejenige, die
sich zwischen dem zweiten Scheitelbereich und dem dritten Scheitelbereich
erstreckt. Daher kann eine ausreichende Deformationsmenge innerhalb
des Bereichs vom ersten Scheitelbereich über den zweiten Fußbereich, den
zweiten Scheitelbereich, den dritten Fußbereich und den dritten Scheitelbereich
sichergestellt werden, wo eine große Deformationsmenge bei einer Manschette
für ein
Gleichlaufgelenk erwartet wird. Es wird auch bevorzugt, die Länge der
Membran, die sich zwischen irgendwelchen benachbarten Scheitelbereichen
erstreckt, jeweils gleichlang zu machen. Wenn es einen Bereich gibt,
in dem die Länge
der Membran verhältnismäßig kurz
ist, kann ein Nachteil dahingehend auftreten, dass die Ermüdungswiderstandseigenschaften
beeinträchtigt
sind, da der Bereich Gegenstand von merklicher Spannung ist. Dabei
wird angenommen, dass die Länge
der Membran in der Nähe
des Scheitelbereichs des kleinsten Durchmessers, der sich angrenzend
an den zweiten zylindrischen Bereich befindet, ausgenommen ist,
da die Menge von Deformation um diesen Bereich herum recht klein
ist.
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Bei
der Manschette für
ein Gleichlaufgelenk der vorliegenden Erfindung genügen die
Tiefe des zweiten Fußbereichs
(h) und die Tiefe des dritten Fußbereichs (H) der folgenden
Beziehung: H/1.3≤h≤H/1.1.
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Durch
Definieren der Tiefe des zweiten Fußbereichs, der am meisten anfällig für ein Verkeilen
ist, wenn er deformiert wird, in dem oben beschriebenen Bereich,
kann ein Verkeilen des zweiten Fußbereichs verhindert werden,
selbst wenn der Winkel, der durch ein Paar von Rotationsachsen definiert
wird, auf etwa 50 Grad erhöht
wird. Beispielsweise in dem Fall, in dem h=H/1.2 erfüllt ist,
kann ein Verkeilen am zweiten Fußbereich verhindert werden,
selbst wenn der Winkel, der durch ein Paar von Rotationsachsen definiert
wird, auf bis zu 52 Grad erhöht
wird. Wenn die Tiefe des zweiten Fußbereichs h unter H/1.3 ist,
wird es schwierig, eine ausreichende Deformationsmenge sicherzustellen,
da die Länge
der Membran des zweiten Fußbereichs
zu kurz ist, was somit zu einer Verschlechterung der Ermüdungswiderstandseigenschaften
davon führt.
Wenn die Tiefe (h) des zweiten Fußbereichs über H/1.1 liegt, kann ein Verkeilen
am zweiten Fußbereich
auftreten.
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Die
Länge der
Membran von dem ersten Scheitelbereich über den zweiten Fußbereich
zum zweiten Scheitelbereich ist nahezu die gleiche wie diejenige
von dem zweiten Scheitelbereich über
den dritten Fußbereich
zum dritten Scheitelbereich. Da jedoch die Tiefe h des zweiten Fußbereichs
kleiner als die Tiefe H des dritten Fußbereichs ist, ist als nächster logischer
Schritt der Winkel am zweiten Fußbereich größer als derjenige am dritten
Fußbereich.
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Da
ein Verhindern eines Verkeilens am zweiten Fußbereich verhindert, dass ein
Verkeilen am dritten Fußbereich
und danach auftritt, leidet die Manschette für ein Gleichlaufgelenk der
vorliegenden Erfindung nicht an einem Verkeilen, selbst wenn der
Winkel, der durch ein Paar von Rotationsachsen definiert wird, merklich
groß ist,
wie z.B. 50 Grad oder ähnlich,
und somit wird eine Beeinträchtigung
der Dichtleistung, die durch eine Beschädigung der Manschette hervorgerufen
wird, zuverlässig
verhindert. Daher kann die Manschette lang andauernde Qualitäten aufweisen.
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Im
Hinblick auf die Struktur außer
demjenigen, was oben beschrieben wurde, kann die Manschette für ein Gleichlaufgelenk
gemäß der vorliegenden
Erfindung die gleiche Struktur wie eine herkömmliche Manschette aufweisen.
Als Material dafür kann
ein thermoplastisches Elastomer oder ähnliches, das im Wesentlichen
durch Blasformen geformt wird, eingesetzt werden. Die Anzahl der
Scheitelbereiche und der Fußbereiche
und deren Dicke kann in Abhängigkeit
von der Anwendung gewählt
werden.
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Merkmale
und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen beschrieben wird, deutlich.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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In
den beigefügten
Zeichnungen ist:
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1 eine
Querschnittsansicht einer Manschette für ein Gleichlaufgelenk gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
vergrößerte Querschnittsansicht eines
Hauptbereichs einer Manschette für
ein Gleichlaufgelenk gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Querschnittsansicht einer Manschette für ein Gleichlaufgelenk gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn sie verwendet wird;
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4 eine
Querschnittsansicht einer Manschette für ein Gleichlaufgelenk gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn sie verwendet wird;
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5 eine
Querschnittsansicht einer Manschette für ein Gleichlaufgelenk gemäß Vergleichsbeispiel
1; und
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6 eine
Querschnittsansicht einer Manschette für ein Gleichlaufgelenk gemäß Vergleichsbeispiel
2.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Anschließend wird
die vorliegende Erfindung spezifisch für die bevorzugte Ausführungsform
und Vergleichsbeispiele beschrieben.
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Ausführungsform
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Manschette für ein Gleichlaufgelenk gemäß der vorliegenden
Ausführungsform,
und 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Hauptbereichs
der Manschette für
ein Gleichlaufgelenk gemäß 1.
Die Manschette für
ein Gleichlaufgelenk enthält
einen ersten zylindrischen Bereich 1, den zweiten zylindrischen Bereich 2,
der einen kleineren Durchmesser als der erste zylindrische Bereich 1 aufweist,
und den ziehharmonikaförmigen
Bereich 3 in der Gestalt einer im Wesentlichen kegelstumpfförmigen dreieckigen
Pyramide zum einstückigen
Verbinden des ersten zylindrischen Bereichs 1 und des zweiten
zylindrischen Bereichs 2. Der erste zylindrische Bereich 1 und
der ziehharmonikaförmige
Bereich 3 sind aus thermoplastischem Elastomer durch Blasformen
geformt, und der zweite zylindrische Bereich 2 ist aus
einem thermoplastischen Elastomer integral mit dem ziehharmonikaförmigen Bereich
durch Spritzguss geformt.
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Der
ziehharmonikaförmige
Bereich 3 enthält, von
der Seite des ersten zylindrischen Bereichs ausgehend, einen ersten
Fußbereich 10,
einen ersten Scheitelbereich 11, einen zweiten Fußbereich 12,
einen zweiten Scheitelbereich 13, einen dritten Fußbereich 14,
einen dritten Scheitelbereich 15, einen vierten Fußbereich 16,
einen vierten Scheitelbereich 17, einen fünften Fußbereich 18 und
einen fünften
Scheitelbereich 19. Die Scheitelbereiche und die Fußbereiche
sind wechselweise geformt, und die Linie, die die Oberseiten der
jeweiligen Scheitelbereiche verbindet, ist eine gerade Linie, so
dass der ziehharmonikaförmige
Bereich die Gestalt einer im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Dreieckspyramide
aufweist, die derart gestaltet ist, dass der erste Scheitelbereich 11 einen
größten Durchmesser
und der fünfte
Scheitelbereich 19 einen kleinsten Durchmesser aufweist.
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Der äußere Durchmesser
des ersten Scheitelbereichs 11 ist der gleiche wie der
größte äußere Durchmesser
des ersten zylindrischen Bereichs 1. Bei dem Querschnitt,
der durch eine Ebene genommen ist, welche die zentrale Achse enthält, ist
die Länge
der Linie (P1-P2-P3), die die Oberseite des ersten Scheitelbereichs 11 (P1) über den
Boden des zweiten Fussbereichs 12 (P2) mit der Oberseite
des zweiten Scheitelbereichs 13 (P3) verbindet, die gleiche
wie diejenige der Linie (P3-P4-P5), die die Oberseite des zweiten
Scheitelbereichs 13 (P3) über den Boden des dritten Fußbereichs 14 (P4)
mit der Oberseite des dritten Scheitelbereichs 15 (P5)
verbindet. Mit anderen Worten, ist die Länge der Membran, die sich von
dem ersten Scheitelbereich 11 über den zweiten Fußbereich 12 zum
zweiten Scheitelbereich 13 erstreckt, die gleiche wie die
Länge der
Membran, die sich von dem zweiten Scheitelbereich 13 über den
dritten Fußbereich 15 zum
dritten Scheitelbereich 15 erstreckt. Der ziehharmonikaförmige Bereich
ist derart gestaltet, dass die Länge
der Membran von irgendeinem Scheitelbereich zu einem angrenzenden
Scheitelbereich und die Länge
des nächsten
Bereichs, die diesem entspricht, im Wesentlichen gleich sind, außer der
Länge der
Membran von dem vierten Scheitelbereich 17 über den
fünften Fußbereich 18 zum
fünften
Scheitelbereich 19.
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Die
Tiefe des zweiten Fußbereichs 12 (h) und
die Tiefe (H) des dritten Fußbereichs 14 genügen der
Beziehung h=H/1.2, und der Winkel θ1 des
zweiten Fußbereichs 12 ist
im Wesentlichen 90 Grad, was größer als der Winkel des ersten
Fußbereichs 10 und der
Winkel θ2 des dritten Fußbereichs 14 ist.
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Vergleichsbeispiel 1
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Die
Konfiguration des zweiten Fußbereichs 12 ist
h=H/1.0, was gleich wie bei der bevorzugten Ausführungsform ist. In diesem Fall
ist jedoch der Winkel θ1 des zweiten Fußbereichs 12 im Wesentlichen
70 Grad, was der gleiche Winkel wie derjenige des dritten Fußbereichs 14 angrenzend
dazu ist.
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Vergleichsbeispiel 2
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Dies
ist gleich wie bei der bevorzugten Ausführungsform, außer im Hinblick
auf die Konfiguration des zweiten Fußbereichs 12, die
h=H/1.4 ist. In diesem Fall beträgt
der Winkel θ1 des zweiten Fußbereichs 12 im Wesentlichen
110 Grad, was größer als derjenige
der bevorzugten Ausführungsform
ist.
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Evaluierung
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Bei
Manschetten für
Gleichlaufgelenke der bevorzugten Ausführungsform und der jeweiligen Vergleichsbeispiele
ist der erste zylindrische Bereich 1 an der äußeren Umfangsoberfläche des äußeren Laufrings 100 des
Gelenks durch einen Schnappring befestigt, der nicht dargestellt
ist, und der zweite zylindrische Bereich 2 ist an der äußeren Umfangsoberfläche der
Antriebswelle 101 durch einen nicht dargestellten Schnappring
befestigt.
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Bei
der Manschette für
ein Gleichlaufgelenk der bevorzugten Ausführungsform trat, selbst wenn der
Winkel, der durch die zentrale Achse des äußeren Laufrings 100 des
Gelenks und die zentrale Achse der Antriebswelle 101 definiert
wird, 46 Grad beträgt,
wie es in 3 dargestellt ist, oder 52 Grad
beträgt,
wie es in 4 dargestellt ist, kein Verklemmen am
zweiten Fußbereich 12 auf.
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Andererseits
wird im Fall der Manschette für ein
Gleichlaufgelenk von Vergleichsbeispiel 1 der zweite Fußbereich 12 zwischen
den äußeren Laufring 100 des
Gelenks und die Antriebswelle eingeklemmt, wie es in 5 gezeigt
ist, wenn der durch die zentrale Achse des äußeren Laufrings 100 des Gelenks
und die zentrale Achse der Antriebswelle 101 definierte
Winkel 46 Grad ist.
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Bei
der Manschette für
ein Gleichlaufgelenk von Vergleichsbeispiel 2 trat, wie es in 6 gezeigt ist,
ein Verklemmen nicht auf, selbst wenn der durch die zentrale Achse
des äußeren Laufrings 100 und die
zentrale Achse der Antriebswelle 101 definierte Winkel
groß ist.
Da jedoch die Länge
der Membran, die sich von dem ersten Scheitelbereich 11 über den zweiten
Fußbereich 12 zum
zweiten Scheitelbereich 13 erstreckt, verhältnismäßig kurz
ist, ist die Spannung aufgrund von Deformation erhöht und somit
ist die Ermüdungswiderstandseigenschaft
beeinträchtigt.
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Basierend
auf dem oben beschriebenen Ergebnis wurden eine Vielzahl von Manschetten
für Gleichlaufgelenke,
die gleich sind wie bei der bevorzugten Ausführungsform, mit Ausnahme des
Werts für
h, hergestellt und es wurde untersucht, ob ein Verkeilen auftrat
oder nicht. Als Ergebnis trat im Fall, in dem h≤H/1.1 ist, ein Verklemmen nicht
auf, selbst wenn der durch die zentrale Achse des äußeren Laufrings
des Gelenks und die zentrale Achse der Antriebswelle 101 definierte
Winkel 50 Grad betrug. Daher werden sowohl die Ermüdungswiderstandseigenschaften
als auch die Eigenschaften gegenüber einem
Widerstand bezüglich
Verklemmen erfüllt, wenn
das Verhältnis
H/1.3≤h≤H/1.1 ist.
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Wie
es aus der oben stehenden Beschreibung zu erkennen ist, kann bei
der Manschette für
ein Gleichlaufgelenk der vorliegenden Erfindung ein Verklemmen der
Fußbereiche
zuverlässig
verhindert werden, wobei die Ermüdungswiderstandseigenschaften
aufrechterhalten werden, wie sie herkömmlich waren, und wobei die
Abmessungen verringert sind, so dass damit lang andauernde Qualitäten erreicht
werden können.
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Wenngleich
die Erfindung in ihrer bevorzugten Form mit einem bestimmten Maß an Einzelheiten beschrieben
wurde, ist zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung der bevorzugten
Form in Konstruktionsdetails und in der Kombination und Anordnung
von Teilen verändert
werden kann, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie er nachfolgend
beansprucht wird.