DE69000972T2 - Gewellte schutzhuelle mit niedriger reibung und hoher seitenwandfestigkeit. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Hüllenabdichtungen für Universalgelenke und andere bewegliche Mechanismen und insbesondere eine neue und verbesserte, gewellte Hüllenabdichtung, die über einen weiten Temperatur- und Biegebereich betätigt wird, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.
• Vor der vorliegenden Erfindung sind gewellte Hüllenabdichtungen aus Gummi- und Kunststoffmaterialien für Universalgelenke und andere Mechnismen mit verschiedenen Konstruktionen entworfen worden, um den Betrieb der Hüllenabdichtungen während verschiedener geometrischer Bewegungen der durch eine Dichtung geschützten Vorrichtung zu steuern und zu verbessern. Die im US-Patent 4,456,269 - herausgegeben von Werner Krude et al, Juni 26, 1984, offenbarte Hüllenabdichtung beispielsweise ist mit versteifungsartigen, externen Rippen ausgestattet, die zwischen einem Endbefestigungskragen und einem benachbarten Ringelement zwischenverbunden sind, um die Hüllenabdichtung zu verstärken und zu stärken. Die offenbarte Hüllenabdichtung weist weiter radial einwärts Vorsprünge auf, die als Stoppelement wirken, wenn das Gelenk in Richtung seiner Grenzen ausgelenkt wird. Im US-Patent 4 702 483 - auf den Namen Mikio Ukai et al, Oktober 27, 1987 - ist ein sich in Umfangsrichtung erstreckender gewölbter Streifen an einer inneren Oberfläche von zumindest einer der Ringelelnente der Hüllenabdichtung vorgesehen, um die Art und Weise, in der die Dichtung unter bestimmten Betriebsbedingungen zusammenklappt zu kontrollieren und ein Einschließen von Ringelementen zwischen einem ersten Ringelement und einem Antriebsschaft zu verhindern.
• Eine Hüllenabdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale gekennzeichnet.
• Die vorliegende Erfindung ist von der allgemeinen Kategorie der US-Patente 4,456,269 und 4,702,483 wie oben zitiert, schafft jedoch eine neue und verbesserte, gewellte Hüllenabdichtung, vorzugsweise aus einem geeigneten, elastischen Kunststoffmaterial mit einer Wandkonstruktion, die zur Erhöhung der Wandstärke entworfen sind, um eine Faltenbildung zu reduzieren und einen Wand-zu-Wand Scheuervorgang zur Minimierung von Verschleiß und einer Belastung des Ringelementfußbereichs während der Biegetätigkeit der Hüllenabdichtung zu vermindern, die den stark gewinkelten, hin- und hergehenden und drehmäßigen Antrieb eines Achsschafts bezüglich eines Universalgelenkgehäuses einschließt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Hüllenabdichtung aus einem thermoplastischen Material blasgeformt, und die Wände von zumindest einigen benachbarten Ringelementen haben entsprechend ausgerichtete und zusammenwirkende innere und äußere Rippen, die direkt in diesen gebildet sind. Während des Betriebs der durch die Dichtung geschützten Vorrichtung könen die zusammenwirkenden Rippen miteinander ineinadergreifen, um den Gleitkontakt von benachbarten Ringelementseitenwänden zu begrenzen, um Torsionslasten zu begrenzen und zu übertragen und um Verschleiß und Abnützung von solchen Wänden genauso wie Belastungen der Fußbereichsgelenke zu reduzieren, und dadurch die Hüllenbetriebslebensdauer zu erhöhen. biese Rippen stärken auch die Wände der Ringelemente, so daß sie sich bei Arbeitsbedingungen insbesondere bei niedrigen Temperaturen, die im Bereich bis zu einer unteren Grenze von -40ºC liegen können, nicht falten und daß sie nicht zerbrechen.
• Genauer sind die bogenförmig beabstandeten, externen Rippen direkt in die Oberfläche einer Seitenwand in einem ringförmigen Muster gebildet und stehen allgemein in Richtung der Seitenwand eines benachbarten Ringelementes vor. Die Seitenwand des benachbarten Ringelements ist mit direkt darin angeordneten internen Rippen gebildet, die korrespondierende Ausnehmungen oder Räume schaffen, in die die externen Rippen der ersten Seitenwand während bestimmter Biegetätigkeiten der Hüllenabdichtung passen. Dieses Ineingrifftreten der Rippen und des Rippenraums ist ähnlich zu dem einer Stirnradverzahnung. Jedoch kann in der vorliegenden Erfindung der Rippenraum oder die Befestigungsmaßnahme, die durch die Seitenwände der internen Rippen bereitgestellt wird, verändert werden, um die relative Rotationsdrehung zu steuern, die zwischen den Seitenwänden der Ringelemente erlaubt ist.
• Mit einem weiten Rippenraum ist ein begrenztes Drehen von einer Ringelementseitenwand relativ zur Seitenwand des benachbarten Ringelements geschaffen, so daß Torsionsverschlußbiegelasten über die ganze Hüllenabdichtung verteilt werden können. Der Abstand für die Rippen kann auch so gewählt sein, daß im wesentlichen keine relative Drehbewegung zwischen den Rippen und dem eingreifenden Rippenraum erlaubt ist, so daß im wesentlichen keine relative Drehbewegung zwischen benachbarten Ringelementen mit großen Durchmessern besteht und die Torsionsbiegelasten zu verschiedenen Bereichen des Verschlusses übertragen werden. Demgemäß könnte mit einer "nicht Befestigungs"-Konfiguration das relative Drehen des Ringelements zum außenseitigen Ringelement mit geringerem Durchmesser der Hüllenabdichtung begrenzt werden, die allgemein nicht miteinander in Kontakt stehen, so daß eine Reibabnützung von miteinander wechselwirkenden Seitenwänden über die Hüllenabdichtung im wesentlichen eliminiert wird.
• Die Erfindung und wie sie durchgeführt werden kann ist insbesondere mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Universalgelenks einer Antriebsachsanordnung mit einer Hüllenabdichtung gemäß dieser Erfindung im Schnitt gezeigt ist,
• Fig. 2 eine Schnittansicht entlang den Linien 2-2 von Fig. 1 ist,
• Fig. 3 eine teilweise weggebrochene Schnittansicht im wesentlichen entlang den Linien 3-3 der Fig. 1 ist,
• Fig. 4 eine Ansicht eines Bereichs des Verschlusses von Fig. 1 ist, die eingekreist und durch das Bezugszeichen 4 identifiziert ist,
• Fig. 5 eine Ansicht ist, die eine Zwischenverbindung der Rippen in die Rippenräume des Verschlusses von Fig. 1 illustriert, wenn die Antriebsachse sich bezüglich dem Gehäuse abwinkelt,
• Fig. 6 eine Ansicht im Querschnitt entlang den Linien 6-6 der Fig. 5 ist, und
• Fig. 7 eine Ansicht ähnlich zu der von Fig. 6 ist, jedoch die Rippen und die Rippenräume eng ineinandergreifend zeigt, um eine zweite Ausführungsform der Erfindung zu illustrieren.
• Genauer auf die beiliegenden Zeichnungen bezugnehmend zeigt Fig. 1 einen Teil einer Fahrzeugantriebsachse mit einem gegenwirkenden Universalgelenk 10 des 3-Topf-Typuses mit einem "Dreivorsprungs"- Antriebsgehäuse 12. Dieses Antriebsgehäuse ist an seinem innenseitigen Ende durch eine Endwand 14 geschlossen und weist integral mit diesem einen zentral angeordneten Antriebsschaft 16 auf, der sich axial von dieser zu einem kerbverzahnten Anschlußende erstreckt, das mit einem Nebenrad eines Differenzials verbunden werden kann, das den Ausgang eines nicht dargestellten, aütomatischen oder manuellen Getriebes bildet.
• Das Antriebsgehäuse 12 ist an seinem äußeren Ende offen und weist drei gleich beabstandete und sich longitudinal erstrekkende Antriebskanäle 18 auf, von denen nur einer dargestellt ist, die durch interne Wände der Vorsprünge gebildet werden. Diese Kanäle 18 weisen teilweise sphärische Furchen auf, die mit äußeren Oberflächen von zugehörigen Antriebsrollen 20 einer Armkreuzanordnung 22 in Eingriff treten. Jede Antrieberolle ist an einem zugeordneten von drei bogenförmig beabstandeten Zapfen 24 befestigt, die sich radial von einer zentral angeordneten Nabe der Armkreuzvorrichtung 22 erstrekken. Die Rollen 22 sind an den Zapfen 24 mit einem vollen Nadellagerkomplement befestigt, die zwischen jeder Rolle und dem zugehörigen Zapfen zwischengeschaltet sind. Diese Antriebsrollen 20 sind somit rotierbar auf den Zapfen 24 und gleitbar bezüglich des Gehäsue 12, um eine Gleit-Schwenk-Bewegung eines verlängerten Achsschaftes 26 zu erlauben, der antriebsmäßig mit der Armkreuzvorrichtung verbunden ist.
• Nie Nabe der Armkreuzvorrichtung weist interne Kerbzähne zur Antriebsverbindung mit dem extern kerbverzahnten innenseitigen Endteil des Achsschaftes 26 auf, der sich durch das offene Ende des Antriebsgehäuses 12 erstreckt. Die Armkreuznabe ist gefangen in der Position der Figur 1 des Antriebsschafts zwischen Schnappringen 32, die in ringförmige Ausnehmungen passen, die in den Keilzähnen des innenseitigen Endteils des Schaftes 26 gebildet sind.
• Das außenseitige Ende des Universalgelenks 10 wird durch eine faltenbalgartige Hüllenabdichtung 36 abgedichtet, die vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material blasgeformt ist, das eine hohe Stärke und Festigkeit über einen weiten Temperatur- und anderen Umweltbedingungsbereich aufweist, die von weltweit benutzten Kraftfahrzeugen erfahren werden würden.
• Die Hüllenabdichtung weist eine Reihe von Ringelementen 38, 40, 42, 44, 46 und 48 auf, deren Durchmesser abgestuft sind, wobei das Ringelement 38 mit dem größten Durchmesser einen zylindrischen Kragen 48' aufweist, der um die äußere Peripherie des außenseitigen Endes des Gehäuses 12 paßt und durch eine Klammer 49 an dieser befestigt ist. Das Ringelement 48 mit dem kleinsten Durchmesser weist einen Kragenteil 50 auf, der über den Achsschaft 26 paßt und in einer fluidartigen Weise durch eine zusammengezogene Klammer 52 daran befestigt ist, so daß das innere des Gehäuses 12 durch die Hüllenabdichtung 36 abgedichtet und gegen die Umgebung geschützt ist.
• Die gewellte Hüllenabdichtung 36 ist ein kontinuierlicher Faltenbalg, und die Ringelemente weisen in Winkelrichtung zeigende Seitenwände auf, die sich radial nach innen in Verbindung miteinander bei ringförmigen Fußbereichen erstrekken, die echte Gelenke bilden, welche eine Hüllenabdichtungsbiegung und -krümmung während hin- und her- und Winkelbewegungen des Schaftes 26 relativ zum Gehäuse 12 erlauben.
• Beispielsweise weist das erste und den größten Durchmesser aufweisende Ringelement 38 eine geneigte, außenseitige Seitenwand 56 auf, die der benachbarten innenseitigen Seitenwand 58 des zweiten Ringelements 40 zugewandt ist, wobei die Seitenwände miteinander bei einem ringförmigen Fußbereich (d.h. tatsächlichem Gelenk) 60 verbunden sind. Das zweite Ringelement 40 (Fig. 4) weist einen geringfügig geringeren Durchmesser verglichen mit dem ersten Ringelement 38 auf, und hat eine außenseitige Seitenwand 62, die einer innenseitigen Seitenwand 64 des Ringelements 42 mit einem dritten Durchmesser zugewandt ist. Diese Seitenwände sind bei einem ringförmigen, tatsächlichen Gelenkfußbereich 66 verbunden. Wie gezeigt setzt sich diese Konstruktion über die ganze Ausdehnung der Hüllenabdichtung bis zu den nach innen zeigenden Seitenwänden mit kleineren Durchmesser aufweisenden Ringelementen 46 und 48 fort.
• Um die Fußbereichsverbindungsbelastung und Reibabnützung zwischen den Seitenwänden der Hüllenabdichtung 36 zu reduzieren, so daß die Hüllenabdichtung eine lange Betriebslebensdauer hat, weist eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung bogenförmig beabstandete, externe Rippen 70 bzw. 72 an den außenseitigen Seitenwänden 56, 62 der Ringelemente 38 und 40 auf und bogenförmig beabstandete sich nach innen erstreckende Rippen 74 bzw. 76 an den innenseitigen Seitenwänden 58, 64 der Ringelemente 40 und 42. Die sich nach innen erstreckenden Rippen 74, 76 schaffen Rippenräume 80, 82 für die externen Rippen 70, 72. Die Orientierung der Rippen und Rippenräume ist derart, daß die externen Rippen 70 bzw. 72 in die Rippenräume 80, 82 der benachbarten Seitenflächen bei verschiedenen Biegepositionen der Hüllenabdichtung zum Anpassen der Winkelbewegung des Achsschaftes 26 relativ zum Gehäuse 12 eingreifen. Ohne die vorliegende Erfindung und bei großen Gelenkwinkeln könnten die Seitenwände der Ringelemente mit großem Durchmesser substantiell einen relativen Rotations- und Reibungsabrieb-Kontakt miteinander erfahren, wogegen die Seitenwände der Ringelemente mit kleinerem Durchmesser sich im allgemeinen nicht abnützen. Beispielsweise kann, im Universalgelenk der Fig. 1, der Achsschaft 34 in Grenzen aus der gezeigten horizontalen Position zu einer unbestimmten Anzahl von verschobenen und geschwenkten Positionen bewegt werden. Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Fluidposition der Hüllenabdichtung 36, wenn der Achsschaft 26 aus der Position der Fig 1 in eine Winkelposition bezüglich des Gehäuses 12 geschwenkt worden ist, so daß Teile des einen großen Durchmesser aufweisenden Ringelements 38, 40, 42 miteinander in Richtung der Seitenwandkontakte bewegt werden. Die Rippen 70 und 72 der nach außen gewandten Seitenwände 56 und 62 jedoch treten in Eingriff mit den Rippenräumen 80 und 82, die in den innenseitigen Seitenwänden 58 und 64 der Ringelemente 40 und 42 gebildet sind. Mit dieser Konstruktion begrenzen die ineinandergreifenden Rippen und Rippenräume, wenn die Ringelemente 38, 40, 42 sich relativ zueinander zu drehen versuchen, diese Bewegung, so daß die Reibabnützung der Seitenwände dieser Ringelemente reduziert wird.
• In Fig. 6 wird erkannt, daß die Rippenräume 80, 82 eine Breite haben, die größer ist, als die Breite der Rippen 70, 72 der dazu benachbarten Seitenwände, so daß eine geringe relative Bewegung zwischen diesen Seitenwänden erlaubt ist. Jedoch ist diese Bewegung begrenzt und die Abnützung reduziert. Diese relative Bewegung endet, wenn die Endwände der Rippenräume durch die zugehörigen Rippen kontaktiert werden und Torsionslasten an die Ringelemente übertragen werden, die normalerweise kein Ineingrifftreten der Seitenwand erfahren. Unter diesen Bedingungen ist die Seitenwandreibungsabnützung in den größeren Ringelementen minimiert, während Torsionsfußbereichsverbindungslasten über die Hüllenabdichtung verteilt werden.
• Die internen und externen Rippen erstrecken sich radial und stärken die Wände der dünnwandigen Kunststoffhüllenabdichtung 36, die ansonsten zerknittern und zerbrechen kann, insbesondere bei hohen Gelenkwinkelbetrieb und ernsthaft kalten Temperaturen.
• Fig. 7 illustriert eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Rippen 70', 72' der Seitenwände 56', 62' der Ringelemente 38', 40' und 42' in die Rippenräume 80', 82' der Seitenwände 58', 64' ohne jegliche Festsetzung passen. Mit dieser Konstruktion wird eine relative Drehbewegung des Ringelements mit großem Durchmesser eliminiert, so daß sich deren Seitenwände nicht gegeneinander verschleißen und abnützen können. Die Torsionslasten werden wieder zu den Ringelementen mit kleinerem Durchmesser übertragen, aber diese Ringelemente haben keinen Seitenflächenkontakt, so daß in diesen Bereichen keine Abnützung auftritt. Weiter werden die großen Torsionslasten, die normalerweise durch die Fußbereichsverbindungen den größeren Ringelementen getragen werden, entlang der Hüllenabdichtung zu den Fußbereichsverbindungen der kleineren Ringelemente verteilt.
• Mit dieser Erfindung wird eine erhöhte Stärke von einigen oder allen Wänden der Ringelemente der Halbschaftverschlußabdichtung ohne Zutun von Extramaterial erreicht, da die Rippen und Rippenräume direkt in den Wänden des Verschlusses gebildet werden. Weiterhin tritt kein Zerknittern der Seitenwände der Hüllenabdichtungsfaltung bei hohen Gelenkwinkeln und in kalten Umgebungen auf, welche in Knicken und Brüchen resultieren könnte, und die Unversehrtheit der Hüllenabdichtung reduzieren könnte.
• Während spezifische und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben wurden, um die vorliegende Erfindung zu illustrieren, ist der Bereich der vorliegenden Erfindung durch die angefügten Ansprüche bestimmt.

Claims (5)

1. Hüllenabdichtung (36) für einen Mechanismus (10), der einen Gehäuseteil (12) und einen Schaftteil (26) aufweist, die miteinander durch ein Drehgelenk (20, 22, 24) verbunden sind, so daß diese Teile über einen großen Schwenkwinkelbereich bezüglich einander während sie zusammen rotieren bewegbar sind, wobei die Hüllenabdichtung (36) ein erstes Ende (48'), das am Gehäuse (12) befestigt werden kann, und ein zweites Ende (50) aufweist, das am Schaftteil (26) befestigt werden kann, wobei Ringelemente (38, 40, 42, 44, 46, 48) in der Hüllenabdichtung (36) zwischen den ersten und zweiten Enden vorgesehen sind, wobei ein Paar der Ringelemente Seitenwände (56, 58; 62, 64) aufweist, die einander zugewandt sind; dadurch gekennzeichnet daß eine der Seitenwände eine Anzahl von sich nach außen erstreckenden Rippen (70, 72) aufweist, die in dieser geformt sind, und daß die andere der Seitenwände eine Anzahl von in dieser ausgebildeten, sich nach innen erstreckenden Rippen (74, 76) aufweist; und daß die sich nach innen erstreckenden Rippen (74, 76) Ausnehmungen (80, 82) zum Ineinandergreifen mit den sich nach außen erstreckenden Rippen (70, 72) bilden, wenn der Schaftteil (26) unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich des Gehäuseteils (12) steht, um so die relative Drehbewegung der Seitenwände (56, 58; 62, 64) bezüglich einander und die zwischen diesen wirkende Reibabnützung zu vermindern.

2. Hüllenabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Ausnehmungen (80, 82) größere Breiten haben, als die Breiten der entsprechenden sich nach außen erstrekkenden Rippen (70, 72) in der einen der Ringelementseitenwände, so daß die relative Drehbewegung zwischen den Seitenwänden (56, 58; 62, 64) nach einer vorbestimmten relativen Drehbewegung zwischen ihnen begrenzt ist.

3. Hüllenabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Ausnehmungen (80', 82') im wesentlichen die gleichen Breiten aufweisen wie die Breiten der korrespondierenden sich nach außen erstreckenden Rippen (70', 72'), so daß im wesentlichen keine Relativbewegung zwischen den Seitenwänden (56, 58; 62, 64) infolge des Ineinandergreifens der Rippen (70', 72') mit den Ausnehmungen (80', 82') stattfindet.

4. Hüllenabdichtung (36) aus einem elastischen Kunststoffmaterial zum Abdichten des rotierbaren Gehäuses (12) eines Universalgelenks (10) mit einem Schaft (26), der mit dem Gehäuse (12) rotierbar ist und sich von einer Universalschwenkgelenkverbindung (20, 22, 24) im Inneren des Gehäuses (12) erstreckt, wobei die Hüllenabdichtung (36) einen dünnwandigen Hüllenabdichtkörper mit einer Anzahl von ringförmigen Ringelementen (38, 40, 42, 44, 46, 48) aufweist, die sich von einem ersten, einen großen Durchmesser aufweisenden Ringelement (38) zur Abdichtverbindung mit dem Gehäuse (12) des Universalgelenks (10) zu einem letzten, einen kleinen Durchmesser aufweisenden Ringelement (48) zur Abdichtverbindung mit dem Schaft (26) erstreckt, wobei ein Paar von Ringelementen (38, 40) mit geneigten, zugekehrten Seitenwänden (56, 58) aufweist, die sich in eine allgemein radiale und einwärts gerichtete Richtung zur Verbindung bei einem ringförmigen Fußbereich (60) zwischen diesen erstrecken, dadurch gekennzeichnet daß eine der Wände bogenförmig beabstandete, externe, in dieser gebildete Rippen (70) aufweist, und die andere der Seitenwände bogenförmig beabstandete interne, in dieser gebildete Rippen (74) aufweist, die Rippenräume (80) in allgemein axialer Ausrichtung mit den externen Rippen (70) zum Ineinandergreifen mit den externen Rippen (70) bilden, wobei die Rippen (70) von den Rippenräumen (80) in einem ersten Winkelbereich des Schaftes (26) bezüglich des Gehäuses (12) beabstandet sind und mit den Rippenräumen (80) in einem zweiten Winkelbereich, der größer ist als der erste Winkelbereich, Ineingriff stehen, wobei die ineinandergreifenden Rippen (70) und Rippenräume (80) miteinander während des zweiten Bereiches zusammenwirken, um die relative Rotation und Reibung zwischen den benachbarten Seitenwänden (56, 58) zu reduzieren, und dadurch die Reibungsabnützung der Seitenwände (56, 58) zu begrenzen und als Folge die Betriebslebensdauer der Hüllenabdichtung (36) zu erhöhen.

5. Hüllenabdichtung (36) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Rippenräume (80) eine Breite aufweisen, die größer ist als die Breite der Rippen (70), um eine begrenzte Drehbewegung von einer der Seitenwände relativ zur anderen zu erlauben, so daß die Torsionsverschiebung in die Fußbereiche der anderen Ringelemente der Hüllenabdichtung (36) verteilt wird.

E. Hüllenabdichtung (36) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Rippenräume (80') eine Breite aufweisen, die eng der Breite der Rippen (70') entspricht, um die Rippen (70') in diesen zur Reduktion der relativen Drehbewegung zwischen den Seitenwänden (56', 58') auf eine minimale relative Drehbewegung ineinandergreifend aufzunehmen.