EP1733150A1 - Dichtungsbalg - Google Patents

Dichtungsbalg

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Publication number
EP1733150A1
EP1733150A1 EP05740629A EP05740629A EP1733150A1 EP 1733150 A1 EP1733150 A1 EP 1733150A1 EP 05740629 A EP05740629 A EP 05740629A EP 05740629 A EP05740629 A EP 05740629A EP 1733150 A1 EP1733150 A1 EP 1733150A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing
area
pin
jacket
bellows
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05740629A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olaf Abels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP1733150A1 publication Critical patent/EP1733150A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F16C11/0666—Sealing means between the socket and the inner member shaft
    • F16C11/0671—Sealing means between the socket and the inner member shaft allowing operative relative movement of joint parts due to flexing of the sealing means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/32—Articulated members
    • Y10T403/32114—Articulated members including static joint
    • Y10T403/32196—Articulate joint is ball and socket

Definitions

  • the invention relates to a sealing bellows of a ball and socket joint, with a ball, a pin extending from the ball and a housing receiving the ball, the sealing bellows extending between the pin and the ball housing and the sealing bellows having a sealing area on the pin side, a casing area and a sealing area on the housing side at least one elastomeric material.
  • FIG. 1 A detailed view of the bulbous-shaped casing area and the sealing area on the pin and on the housing of a ball joint are shown in FIG. 1.
  • the sealing material in the sealing area usually consists of the same material that is used for the casing area. This is usually an elastomer, usually a rubber. A chloroprene rubber is mostly used.
  • sealing area of the sealing bellows is made of the same elastomer material as the jacket area, a material must be selected which is in its Properties are suitable both for the mechanical loads on the jacket area and for the tribological requirements of the sealing area.
  • the inventor has recognized that it is favorable for a sealing bellows of a ball joint and its properties if a different material is used for the sealing area on the journal side and / or the sealing area on the housing than for the casing area.
  • the sealing area on the pin should consist of a lubricious material that has a low coefficient of friction compared to the pin material.
  • the pin-side sealing area should have good tensile and compression deformation properties. The same applies to the sealing area on the housing side.
  • the jacket area on the other hand, should have sufficient elasticity to be able to follow the movements of the pin.
  • the sealing area and the jacket area of the sealing bellows can be produced, for example, in the injection molding process as an inseparable component, different materials being injected in the different areas.
  • the sealing area and the jacket area are each separate components that are connected to one another.
  • This connection can be made non-positively, positively as well as materially. Inserts can be used for this purpose, which can produce press or snap connections and / or are integrally connected to the materials.
  • This method can be combined in various embodiments with other elements that allow the function of the sealing system to be further enhanced by centering and supporting functions.
  • These support and centering elements can each consist of a wide variety of materials, for example plastics, steels or non-ferrous metals, and depending on the combination, they are capable of simple and particularly temperature-insensitive and / or corrosion-insensitive support and / or centering depending on the combination enable.
  • a sealing bellows for a ball joint with a ball, a pin that extends from the ball and a housing that accommodates the ball, the sealing bellows extending between the pin and the ball housing and the sealing bellows having a sealing area on the pin side, a casing area and a sealing area on the housing side, and consists of at least one elastomeric material to improve in that at least one sealing area consists of a different material than the elastomeric jacket area.
  • the material used for the sealing area of the sealing bellows on the peg side is preferably an elastomer which differs from that used for the casing area.
  • an adaptation to the respective property profile of the respective one can be made Area.
  • an easy-sliding elastomer which is also particularly abrasion-resistant, can be used on the pin-side sealing area.
  • a particularly elastic elastomer can be used on the jacket area. But not only mechanical properties, but also thermal properties can be adapted to the requirements of the respective area by suitable choice of materials.
  • both the pin-side and the housing-side sealing area consist of a different elastomeric material than the jacket area. In this way, all three areas of a sealing bellows can be adapted to certain property profiles.
  • At least one sealing area can have a non-positive and / or positive and / or material connection to the jacket area. In this way, different connection possibilities of the different areas and materials of the sealing bellows can be created.
  • materials of the sealing area and the jacket area which can be materially combined or crosslinked, can be created by friction welding or by adhesive bonding.
  • a form-fitting connection can be selected for materials that cannot be materially combined or networked.
  • At least one stiffening element can be inserted thereon, which is preferably arranged close to at least one sealing region.
  • the jacket area can be stabilized at the connection point to the one sealing area.
  • a stiffening element reduces the mechanical stress on the softer material by flexing.
  • at least one sealing area can have at least one stiffening element, which is preferably arranged close to the casing area. The stiffening elements of the jacket area and the sealing area create a particularly stable connection between the jacket area and the sealing area.
  • the stiffening elements effectively prevent the deformation of the individual elements and, furthermore, the contact pressure at the contact area of the jacket area and sealing area can be increased.
  • the stiffening elements can be enclosed or cast in the plastic of the jacket area and / or the sealing area, possibly on the basis of vulcanization or vulcanization.
  • the stiffening element can consist of plastic and / or metal.
  • a stiffening element made of plastic can be used, for example, in a sealing bellows which is used in a particularly humid or aqueous environment.
  • a sealing bellows of a ball joint in a bearing in the steering area of a vehicle can be protected from corrosion or acid attack by using plastic stiffening elements that are accessible on the surface of the sealing bellows.
  • a stiffening element made of metal can be used when particularly high operating temperatures of the sealing bellows and the ball joint make this necessary and a stiffening element made of plastic is unsuitable due to the signs of softening.
  • the stiffening element can be arranged rotationally symmetrically with respect to the pin. As a result, uniform stabilization is achieved around the area to be sealed on the journal and / or on the ball joint housing and at the connection point between the sealing area and the jacket area.
  • the jacket area and / or the sealing areas have at least one sealing lip, which enable sealing against the pin or against the housing.
  • This sealing lip which, for example, can be pressed onto the pin and / or the housing of the ball joint in a manner similar to a leaf spring, prevents dirt or water from getting into the bearing area of the ball.
  • any grease or oil in the ball joint housing can be prevented from escaping from the sealing bellows by means of such a sealing lip.
  • an additional sealing element as a redundant seal, can be provided at least on one sealing area.
  • This type of double sealing is particularly suitable for possible pressures.
  • a further advantageous embodiment variant provides for at least one centering element to be arranged at least between the pin and the pin-side sealing area and / or between the housing and the housing-side sealing area.
  • This centering element which can be constructed similarly to the stiffening element, enables an optimal alignment of the sealing bellows on the surfaces of the ball joint to be sealed.
  • the jacket area consists of chloroprene rubber, preferably with a hardness of approximately 50 +/- 10 Shore A. Chloroprene rubber is particularly weather-resistant and elastic up to around -40 degrees Celsius. Chloroprene rubber is also characterized by its oil and fat resistance. By choosing the Shore A hardness, the elasticity of the material is set in a range that is favorable for the jacket area.
  • Nitrile rubber such as HNBR, or fluororubber (FPM) can advantageously be used for the sealing area, preferably with a hardness of approximately 70 +/- 10 Shore A.
  • FPM fluororubber
  • Figure 1 Sectional view of the pin-side sealing area of a sealing bellows with sealing rubber and jacket rubber, which have a stiffening element and a combined stiffening / centering element
  • Figure 2 sectional view of the pin-side sealing area of Figure 1 with a modified combined stiffening / centering element in the casing rubber
  • Figures 3 to 6 sectional view of the pin-side sealing area of a sealing bellows with different designs of a centering element
  • FIGS. 7 and 8 sectional view of the sealing area on the pin side of a sealing bellows with a protective ring on the pin side
  • FIG. 9 sectional view of the sealing area on the pin side of a sealing bellows with a protective ring on the pin side and an additional seal attached to the protective ring.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the sealing region 12 on the pin side of a sealing bellows.
  • the sealing bellows is pushed over a pin 6 (only partially shown) of a ball joint.
  • the sealing area 12 on the pin side consists of a sealing rubber 1 which, for example, should have the following properties listed in brief: good tensile and compressive deformation, low coefficient of friction to the material of the pin 3, elasticity down to -20 degrees Celsius, no tendency to break down to -40 degrees Celsius, temperature stable if possible up to 120 degrees Celsius and beyond, oil and fat resistance.
  • the sealing rubber 1 has three sealing lips 8 in the radial pin direction and two sealing lips in the axial direction of the pin 6 towards the lever eye 7.
  • the sealing lips 8 are shown in FIGS. 1 to 9 in the undeformed state and therefore protrude both into the region of the pin 6 and into the region of the lever eye 7.
  • the jacket rubber 2 of the jacket region 13 borders on the sealing rubber 1 at the bottom left in FIG. 1.
  • the jacket region 13 generally has a bulbous cross section in the case of a sealing bellows. In Figure 1, only the approach of the jacket area 13 is shown and thus the bulbous course is not recognizable.
  • the jacket rubber 2 is made of a different material than the sealing rubber 1.
  • the jacket rubber 2 should have the following properties: weather-resistant and elastic up to -40 degrees Celsius, temperature-stable up to about 100 ° C, with no burning or scorching up to about 150 degrees Celsius and the jacket rubber 2 should also be oil and grease resistant.
  • the sealing rubber 1 and the jacket rubber 2 touch on the contact surface 14. A tight seal of the ball joint is created on the contact surface 14 either by a contact pressure and / or by gluing or welding the sealing rubber 1 and jacket rubber 2.
  • a stiffening element 3 is worked into the sealing rubber 1, which has an angled cross section. Accordingly, a combined stiffening / centering element 5 is incorporated in the casing rubber 2. This combined stiffening / centering element 5 is enclosed in partial areas by the casing rubber 2 and other partial areas of the combined stiffening / centering element 5 extend in the radial and axial direction towards the pin 6. The combined stiffening / centering element 5 sits on a shoulder of the pin and thereby prevents the jacket area from slipping in the direction of the pin attachment.
  • the combined stiffening / centering element 5 serves, on the one hand, to center the jacket region 13 to the pin 6, and to prevent slipping, and, on the other hand, in the region of the Contact surface 14 with the stiffening element 3 of the sealing rubber 1 to create a stable and tight connection between the materials of the casing area 13 and the sealing area 12.
  • FIG. 2 shows the same sectional view of the sealing area 12 on the pin side from FIG. 1.
  • the combined stiffening / centering element 5 of the casing rubber 2 in FIG. 2 is designed differently.
  • the combined stiffening / centering element 5 touches the pin 3 only in the axial direction, but it does not encompass the paragraph 6.1 of the pin 6. This enables a centered positioning and at the same time an axial movement of the casing rubber 2 along the pin 6 pin.
  • FIG. 3 shows a further possible embodiment of the sealing region 12 of a sealing bellows on the peg side.
  • the centering element 11 acts as a certain sealing protection. Mainly, the sealing of the sealing bellows on the pin 6 is brought about by the three pin-side sealing lips 8 and the two sealing levers 8 to the lever eye 7 of the sealing rubber 1.
  • the two stiffening elements 3 and 4 bring about a tight material seal.
  • the two stiffening elements 3 and 4 which are each surrounded by the sealing rubber 1 and the casing rubber 2, cause a flat contact pressure on the rubber material between the stiffening elements 3 and 4.
  • FIG. 4 shows a modified design of the sealing region 12 of a sealing bellows shown in FIG. 3.
  • the sealing rubber 1 was in the axial pin direction dispensed with rubber material.
  • the number of radially extending sealing lips 8 is reduced to two and a cavity 15 is created between the sealing rubber 1 and the centering element 11.
  • a grease can be introduced which additionally seals in this area .
  • a lubricant for example an oil, can be stored in the cavity 15, which reduces the friction between the sealing rubber 1 and the pin 6.
  • FIG. 5 and FIG. 6 each show further different embodiments of the pin-side sealing area 12 with different centering elements 11.
  • the entire contact surface 14 between the sealing rubber 1 and the jacket rubber 2 runs parallel to the longitudinal axis of the pin 6.
  • the jacket rubber 2 each extends to the lever eye 7.
  • a sealing lip 9 of the casing rubber 2 and three sealing lips 8 of the sealing rubber 2 seal the interior of the ball joint.
  • FIGS. 7 and 8 each show further different embodiments of the sealing area 12 on the pin side.
  • a protective ring 11.1 is attached to the shoulder 6.1 of the pin 6.
  • This protective ring 11.1 which extends both in the axial direction and in the radial direction between the pin 6 and the centering element 11, reduces abrasion and thus wear in the area of the centering element 11.
  • the centering element 11 is designed as a bellows-side centering ring 11.2, which represents the counter surface for the protective ring 11.1.
  • a defined and corrosion-protected guidance of these components which are rotatable relative to one another is achieved.
  • a suitable material pairing for example steel on steel, a low-friction relative rotation of the bellows-side centering ring 11.2 to the protective ring 11.1 can be achieved.
  • FIG. 9 Another embodiment of the protective ring 11.1 is shown in FIG. 9 in the sealing region 12 on the pin side.
  • This guard ring 11.1 extends in comparison to that Guard ring 11.1 of Figures 7 and 8 over a larger portion of the tapered pin 6 and has a bulge in the lower part.
  • a second rubber seal 10 can be pressed into this bulge on the protective ring 11.1.
  • the second sealing rubber 10 additionally functions as a redundant seal to the sealing lips 8 and 9 of the sealing rubber 1 and the jacket rubber 2 on the pin 6.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsbalg eines Kugelgelenkes, mit einer Kugel, einem von der Kugel ausgehenden Zapfen (6) und einem die Kugel aufnehmendem Gehäuse, wobei der Dichtungsbalg sich zwischen Zapfen (6) und Kugelgehäuse erstreckt und der Dichtungsbalg einen zapfenseitigen Dichtbereich (12), einen Mantelbereich (13) und einen gehäuseseitigen Dichtbereich aufweist und aus zumindest einem elastomeren Material besteht. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dichtbereich (12) aus einem anderen elastomeren Material besteht als der Mantelbereich (13).

Description

Dichtungsbalg
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Dichtungsbalg eines Kugelgelenkes, mit einer Kugel, einem von der Kugel ausgehenden Zapfen und einem die Kugel aufnehmendem Gehäuse, wobei der Dichtungsbalg sich zwischen Zapfen und Kugelgehäuse erstreckt und der Dichtungsbalg einen zapfenseitigen Dichtbereich, einen Mantelbereich und einen gehäuseseitigen Dichtbereich aufweist und aus zumindest einem elastomeren Material besteht.
Bezüglich des konkreten Aufbaues eines Kugelgelenkes mit einem Dichtungsbalg wird beispielsweise auf die Offenlegungsschrift DE 102 39 266 AI der Anmelderin verwiesen. Hier werden in der Figur 1 in einer Detailansicht der bauchig geformte Mantelbereich und der Dichtbereich am Zapfen und am Gehäuse eines Kugelgelenkes dargestellt.
Bei konventionellen Dichtungsbälgen von Kugelgelenken besteht das Dichtmaterial im Dichtbereich in der Regel aus dem gleichen Material, welches für den Mantelbereich verwendet wird. Dieses ist meist ein Elastomer, in der Regel ein Gummi. Meistens wird ein Chloroprenekautschuk eingesetzt.
Da der Dichtbereich des Dichtungsbalges aus dem gleichen Elastomermaterial besteht, wie der Mantelbereich, muss ein Material gewählt werden, welches in seinen Eigenschaften sowohl für die mechanischen Belastungen des Mantelbereiches, als auch für die tribologischen Anforderungen des Dichtbereiches geeignet ist.
Dieses führt dazu, dass die Materialauswahl auf wenige Elastomertypen eingegrenzt werden muss, da ausschließlich Materialien eingesetzt werden können, deren Eigenschaftsprofil sowohl für die beiden Dichtbereiche, als auch für den Mantelbereich akzeptabel sind. In der Folge wird ein Material gewählt, welches sowohl für den Mantelbereich, als auch für den Dichtbereich, nicht das für den Bereich jeweils beste Material, sondern die jeweiligen Bereiche besten Kompromiss darstellt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Dichtungsbalg eines Kugelgelenkes derart auszuführen, dass dieser an den unterschiedlichen Bereichen besser an die jeweiligen Anforderungen, zum Beispiel hinsichtlich mechanischer Belastung als auch tribologischer Belastung, angepasst ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Dichtungsbalg gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Patentansprüche.
Der Erfinder hat erkannt, dass es für einen Dichtungsbalg eines Kugelgelenkes und dessen Eigenschaften günstig ist, wenn für den zapfenseitigen Dichtbereich und/oder den gehäuseseitigen Dichtbereich ein unterschiedliches Material verwendet wird als für den Mantelbereich. So sollte der Dichtbereich am Zapfen aus einem gleitfähigen Material bestehen, das gegenüber dem Zapfenmaterial einen geringen Reibwert aufweist. Außerdem sollte der zapfenseitige Dichtbereich gute Zug- und Druckverformungseigenschaften aufweisen. Ähnliches gilt für den gehäuseseitigen Dichtbereich. Der Mantelbereich hingegen sollte eine ausreichende Elastizität aufweisen, um den Bewegungen des Zapfens folgen zu können. Der Dichtbereich und der Mantelbereich des Dichtungsbalges können zum Beispiel im Spritzgussverfahren, als ein untrennbares Bauteil, hergestellt werden, wobei in den unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Materialien eingespritzt werden. Es ist aber auch denkbar, dass der Dichtbereich und der Mantelbereich, jeweils separate Bauteile sind, die miteinander verbunden werden.
Diese Verbindung kann sowohl kraft-, form- wie auch stoffschlüssig hergestellt werden. Hierzu können Einlegeteile dienen, die Press- oder Schnappverbände herstellen können, und/oder stoffschlüssig mit den Materialien verbunden sind. Kombiniert werden kann diese Methode in diversen Ausführungsformen mit weiteren Elementen, die eine weitere Aufwertung der Funktion des Dichtsystems durch Zentrier- und Stützfunktionen erlauben. Diese Stütz- und Zentrierelemente können jeweils aus unterschiedlichsten Materialien bestehen, zum Beispiel Kunststoffe, Stähle oder Nichteisen-Metalle, und sind so je nach Kombination in der Lage je nach Ausführung eine einfache und besonders temperaturunempfindliche und/oder eine korrosionsunempfindliche Abstützung und/oder Zentrierung zu ermöglichen.
Demgemäss wird vorgeschlagen, einen Dichtungsbalg eines Kugelgelenkes, mit einer Kugel, einem von der Kugel ausgehenden Zapfen und einem die Kugel aufnehmendem Gehäuse, wobei der Dichtungsbalg sich zwischen Zapfen und Kugelgehäuse erstreckt und der Dichtungsbalg einen zapfenseitigen Dichtbereich, einen Mantelbereich und einen gehäuseseitigen Dichtbereich aufweist und aus zumindest einem elastomeren Material besteht, dahingehend zu verbessern, dass zumindest ein Dichtbereich aus einem anderen Material besteht als der elastomere Mantelbereich.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem für den zapfenseitigen Dichtbereich des Dichtungsbalges verwendeten Material um ein Elastomer, das sich von dem für den Mantelbereich eingesetzten unterscheidet.
Durch die Anwendung unterschiedlicher Materialien für den Mantelbereich und zumindest einen Dichtbereich, kann eine Anpassung auf das jeweilige Eigenschaftsprofil des jeweiligen Bereiches ermöglicht werden. Beispielsweise kann am zapfenseitigen Dichtbereich ein gleitfreudiges Elastomer, welches zusätzlich besonders abriebfest ist, eingesetzt werden. Am Mantelbereich kann ein besonders elastisches Elastomer eingesetzt werden. Aber nicht nur mechanische Eigenschaften, sondern auch thermische Eigenschaften, können an die Anforderungen des jeweiligen Bereiches durch geeignete Materialwahl angepasst werden.
Es ist vorteilhaft, wenn sowohl der zapfenseitige als auch der gehäuseseitige Dichtbereich aus einem anderen elastomeren Material bestehen, als der Mantelbereich. So können alle drei Bereiche eines Dichtungsbalges an bestimmte Eigenschaftsprofile angepasst werden.
Zumindest ein Dichtbereich, vorzugsweise beide Dichtbereiche, können eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zum Mantelbereich aufweisen. Hierdurch können verschiedenen Verbindungsmöglichkeiten der verschiedenen Bereiche und Materialien des Dichtungsbalges geschaffen werden.
Beispielsweise können bei Materialien des Dichtbereiches und des Mantelbereiches, die sich stofflich vereinigen können oder vernetzen lassen, durch Reibvers chweißung oder durch Verkleben eine stoffschlüssige Verbindung erstellt werden. Bei Materialien, die sich weder stofflich vereinigen noch vernetzen lassen, kann eine formschlüssige Verbindung gewählt werden. Bezüglich der möglichen Verbindungsarten der verschiedenen Bereiche des Dichtungsbalges wird auf Dubbel: „Taschenbuch für den Maschinenbau" 15. Auflage; Kapitel Bauteilverbindungen auf die Seiten 387f verwiesen.
In einer vorteilhaften Ausführung des Mantelbereiches des Dichtungsbalges kann an diesem zumindest ein Versteifungselement eingefügt sein, das vorzugsweise nahe an zumindest einem Dichtbereich angeordnet ist. Hierdurch kann an der Verbindungsstelle zu dem einen Dichtbereich eine Stabilisierung des Mantelbereiches erreicht werden. Besonders bei Materialien mit unterschiedlicher Elastizität wird durch ein Versteifungselement eine starke mechanische Beanspruchung des weicheren Materials durch Walkung herabgesetzt. Ergänzend zum Versteifungselement des Mantelbereiches kann zumindest ein Dichtbereich zumindest ein Versteifungselement aufweisen, das vorzugsweise nahe am Mantelbereich angeordnet ist. Die Versteifungselemente des Mantelbereiches und des Dichtbereiches schaffen eine besonders stabile Verbindung zwischen Mantelbereich und Dichtbereich. So verhindern die Versteifungselemente wirkungsvoll die Verformung der Einzelelemente und weiterhin kann die Anpresskraft an der Kontaktstelle Mantelbereich und Dichtbereich erhöht werden. Die Versteifungselemente können im Kunststoff des Mantelbereiches und/oder des Dichtbereiches mit eingeschlossen beziehungsweise eingegossen sein, gegebenenfalls auf der Grundlage einer An- oder Einvulkanisierung.
Das Versteifungselement kann aus Kunststoff und/oder Metall bestehen. Ein Versteifungselement aus Kunststoff, kann beispielsweise bei einem Dichtungsbalg eingesetzt werden, der in besonders feuchter oder wässriger Umgebung eingesetzt wird. Beispielsweise ein Dichtungsbalg eines Kugelgelenkes in einer Lagerung im Lenkbereich eines Fahrzeuges kann durch Verwendung von Versteifungselementen aus Kunststoff, die an der Oberfläche des Dichtungsbalges zugänglich sind vor Korrosion oder Säurebefall geschützt werden. Ein Versteifungselement aus Metall kann dann eingesetzt werden, wenn besonders hohe Einsatztemperaturen des Dichtungsbalges und des Kugelgelenkes dies erforderlich machen und ein Versteifungselement aus Kunststoff aufgrund von Erweichungserscheinungen ungeeignet ist.
Das Versteifungselement kann rotationssymmetrisch bezüglich des Zapfens angeordnet sein. Hierdurch wird eine gleichmäßige Stabilisierung rund um den abzudichtenden Bereich am Zapfen und/oder am Kugelgelenkgehäuse und an der Verbindungsstelle zwischen Dichtbereich und Mantelbereich erreicht.
Bei einer günstigen Ausführungsvariante des Dichtungsbalges verfügen der Mantelbereich und/oder die Dichtbereiche über zumindest eine Dichtlippe, die eine Abdichtung gegen den Zapfen oder gegen das Gehäuse ermöglichen. Diese Dichtlippe, die beispielsweise ähnlich einer Blattfeder an den Zapfen und/oder an das Gehäuse des Kugelgelenkes angedrückt werden kann, verhindert, dass Schmutz oder Wasser in den Lagerbereich der Kugel gelangen kann. Umgekehrt kann durch eine solche Dichtlippe eventuell im Kugelgelenkgehäuse befindliches Fett oder Öl vor dem Austritt aus dem Dichtungsbalg gehindert werden.
Um die Abdichtung am Zapfen und/oder am Gehäuse des Kugelgelenkes besonders zuverlässig auszuführen, kann zumindest an einem Dichtbereich ein zusätzliches Dichtelement, als redundante Dichtung, vorgesehen sein. Diese Art der zweifachen Abdichtung ist besonders bei eventuell auftretenden Drücken geeignet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante sieht vor, zumindest zwischen Zapfen und zapfenseitigem Dichtbereich und/oder zwischen Gehäuse und gehäuseseitigem Dichtbereich zumindest ein Zentrierelement anzuordnen. Dieses Zentrierelement, welches ähnlich dem Versteifungselement aufgebaut sein kann, ermöglicht eine optimale Ausrichtung des Dichtungsbalges an den abzudichtenden Flächen des Kugelgelenkes.
Es ist vorteilhaft, wenn der Mantelbereich aus Chloroprenekautschuk, vorzugsweise mit einer Härte von circa 50 +/- 10 Shore A, besteht. Chloroprenekautschuk ist besonders witterungsbeständig und bis circa -40 Grad Celsius elastisch. Außerdem zeichnet sich Chloroprenekautschuk durch seine Öl- und Fettbeständigkeit aus. Durch die Wahl der Shore A Härte wird die Elastizität des Materials in einen für den Mantelbereich günstigen Bereich eingestellt.
Für den Dichtbereich kann günstigerweise Nitrilkautschuk, wie HNBR, oder Fluorkautschuk (FPM) eingesetzt werden, vorzugsweise mit einer Härte von circa 70 +/- 10 Shore A. Diese Elastomere haben hervorragende Dichteigenschaften und können in ihren Gleiteigenschaften durch geeignete Zusätze dem konkreten Einsatzfall angepasst werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Materialien liegt in den Zug- und Druckverformungsresten, sowie in der höheren Temperaturbeständigkeit. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Figur 1: Schnittansicht des zapfenseitigen Dichtbereiches eines Dichtungsbalges mit Dichtgummi und Mantelgummi, die ein Versteifungselement und ein kombiniertes Versteifungs-/Zentrierelement aufweisen; Figur 2: Schnittansicht des zapfenseitigen Dichtbereiches aus Figur 1 mit geändertem kombiniertes Versteifungs-/Zentrierelement beim Mantelgummi; Figuren 3 bis 6: Schnittansicht des zapfenseitigen Dichtbereiches eines Dichtungsbalges mit verschiedenen Ausführungen eines Zentrierelementes; Figuren 7 und 8: Schnittansicht des zapfenseitigen Dichtbereiches eines Dichtungsbalges mit zapfenseitigem Schutzring; Figur 9: Schnittansicht des zapfenseitigen Dichtbereiches eines Dichtungsbalges mit zapfenseitigem Schutzring und am Schutzring angebrachter zusätzlicher Abdichtung.
Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht des zapfenseitigen Dichtbereiches 12 eines Dichtungsbalges. Der Dichtungsbalg ist über einen Zapfen 6 (nur teilweise abgebildet) eines Kugelgelenkes geschoben. Der zapfenseitige Dichtbereich 12 besteht aus einem Dichtgummi 1, der beispielsweise folgenden stichpunktartig aufgezählten Eigenschaften aufweisen soll: gute Zug- und Druckverformung, kleiner Reibwert zum Material des Zapfens 3, Elastizität bis -20 Grad Celsius, keine Bruchneigung bis -40 Grad Celsius, temperaturstabil möglichst bis 120 Grad Celsius und darüber hinaus, Öl- und Fettbeständigkeit. Zur Abdichtung an der Zapfenseite verfügt der Dichtgummi 1 über drei Dichtlippen 8 in radialer Zapfenrichtung und zwei Dichtlippen in axialer Richtung des Zapfens 6 zum Hebelauge 7 hin. Die Dichtlippen 8 sind in den Figuren 1 bis 9 der Einfachheit halber im nicht deformierten Zustand dargestellt und ragen deshalb sowohl in den Bereich des Zapfens 6 als auch in den Bereich des Hebelauges 7 hinein. Durch Verschrauben des Hebelauges 7 mit dem Zapfen 6 wird der Kugelgelenkinnenraum spaltfrei und dicht verschlossen.
An den Dichtgummi 1 grenzt links unten in Figur 1 der Mantelgummi 2 des Mantelbereiches 13. Der Mantelbereich 13 weist in der Regel bei einem Dichtungsbalg einen bauchigen Querschnitt auf. In Figur 1 ist nur der Ansatz des Mantelbereiches 13 dargestellt und somit der bauchige Verlauf nicht erkennbar. Der Mantelgummi 2 besteht hier aus einem anderen Material wie der Dichtgummi 1. Der Mantelgummi 2 sollte folgende Eigenschaften aufweisen: witterungsbeständig und elastisch bis -40 Grad Celsius, temperaturstabil bis circa 100°C, wobei kein Verbrennen oder Verschmoren bis circa 150 Grad Celsius auftreten soll und weiterhin sollte der Mantelgummi 2 öl- und fettbeständig sein. Der Dichtgummi 1 und der Mantelgummi 2 berühren sich an der Kontaktfläche 14. An der Kontaktfläche 14 wird entweder durch einen Anpressdruck und/oder durch Verkleben beziehungsweise Verschweißen von Dichtgummi 1 und Mantelgummi 2 ein dichter Verschluss des Kugelgelenkes geschaffen.
Im Bereich der Kontaktfläche 14 ist im Dichtgummi 1 ein Versteifungselement 3 eingearbeitet, das einen gewinkelten Querschnitt aufweist. Entsprechend ist im Mantelgummi 2 ein kombiniertes Versteifungs-/Zentrierelement 5 eingearbeitet. Dieses kombinierte Versteifungs-/Zentrierelement 5 ist in Teilbereichen vom Mantelgummi 2 umschlossen und andere Teilbereiche des kombinierten Versteifungs-/ Zentrierelements 5 erstrecken sich in radialer und axialer Richtung zum Zapfen 6 hin. Das kombinierten Versteifungs-/Zentrierelements 5 sitzt auf einem Absatz des Zapfens auf und verhindert dadurch ein Abrutschen des Mantelbereiches in Richtung Zapfenansatz. Das kombinierte Versteifungs-/Zentrierelement 5 dient zum einen dazu den Mantelbereich 13 zum Zapfen 6 zu zentrieren, und das Abrutschen zu verhindern und zum anderen dazu im Bereich der Kontaktfläche 14 mit dem Versteifungselement 3 des Dichtgummis 1 einen stabilen und dichte Verbindung zwischen den Materialien des Mantelbereiches 13 und des Dichtbereiches 12 zu schaffen.
Die Figur 2 zeigt die selbe Schnittansicht des zapfenseitigen Dichtbereiches 12 aus Figur 1. Im Unterschied zu Figur 1 ist das kombinierte Versteifungs-/Zentrierelement 5 des Mantelgummis 2 in Figur 2 anders gestaltet. Das kombinierte Versteifungs-/Zentrierelement 5 berührt den Zapfen 3 nur in axialer Richtung, jedoch umgreift es den Absatz 6.1 des Zapfens 6 nicht. Hierdurch wird eine zentrierte Positionierung und gleichzeitig eine axiale Bewegung des Mantelgummis 2 entlang des Zapfens 6 Zapfens ermöglicht.
Die Figur 3 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltungsform des zapfenseitigen Dichtbereiches 12 eines Dichtungsbalges. Bei der Montage eines Dichtungsbalges auf ein Kugelgelenk wird zuerst ein rundes Zentrierelement 11 mit nahezu S-förmigen Querschnitt über den konischen Zapfen 6 geschoben bis es am Absatz 6.1 des Zapfens 6 ansteht. Danach wird der Mantelgummi 2 des Mantelbereiches 13 über den Zapfen 6 und das Zentrierelement 11 geschoben. Der Mantelgummi 2 wird durch das Zentrierelement 11 auf einen konstanten Abstand zum Zapfen 6 und um diesen herum gehalten. Im nächsten Schritt wird der Dichtgummi 1 auf den Zapfen 6 geschoben. Der Dichtgummi 1, der auch in eine Lücke zwischen Mantelgummi 2 und Zentrierelement 11 hineinragt, wird hierdurch kraftschlüssig gehalten. An der Fläche des Zapfens 6 wirkt das Zentrierelement 11 als gewisser Dichtschutz. Hauptsächlich wird das Abdichten des Dichtungsbalges am Zapfen 6 jedoch durch die drei zapfenseitigen Dichtlippen 8 und die zwei Dichthppen 8 zum Hebelauge 7 des Dichtgummis 1 bewirkt. An der Kontaktstelle 14 zwischen Dichtgummi 1 und Mantelgummi 2 bewirken die beiden Versteifungselemente 3 und 4 eine dichten Materialverschluss. Die beiden Versteifungselemente 3 und 4, die jeweils vom Dichtgummi 1 und vom Mantelgummi 2 umschlossen werden bewirken einen flächigen Anpressdruck auf das Gummimaterial zwischen den Versteifungselementen 3 und 4.
Die Figur 4 zeigt eine veränderte Ausführung des in Figur 3 dargestellten des zapfenseitigen Dichtbereiches 12 eines Dichtungsbalges. Am Dichtgummi 1 wurde in axialer Zapfenrichtung auf Gummimaterial verzichtet. Hierdurch reduziert sich die Anzahl der radial verlaufenden Dichtlippen 8 auf zwei und es entsteht ein Hohlraum 15 zwischen Dichtgummi 1 und Zentrierelement 11. In diesen Hohlraum 15, der an den Zapfen 6 grenzt, kann beispielsweise ein Fett eingebracht werden, das zusätzlich in diesem Bereich abdichtet. Alternativ dazu kann im Hohlraum 15 ein Schmiermedium, zum Beispiel ein Öl, eingelagert werden, welches die Reibung zwischen Dichtgummi 1 und Zapfen 6 reduziert.
Die Figur 5 und die Figur 6 zeigen jeweils weitere unterschiedliche Ausführungsformen des zapfenseitigen Dichtbereiches 12 mit unterschiedlichen Zentrierelementen 11. Im Unterschied zu der in Figur 4 gezeigten Variante verläuft die gesamte Kontaktfläche 14 zwischen Dichtgummi 1 und Mantelgummi 2 parallel zur Längsachse des Zapfens 6. Der Mantelgummi 2 erstreckt sich jeweils bis zum Hebelauge 7. Am Hebelauge 7 dichten nun eine Dichtlippe 9 des Mantelgummis 2 und drei Dichtlippen 8 des Dichtgummis 2 den Innenraum des Kugelgelenkes ab.
Die Figur 7 und die Figur 8 zeigen jeweils weitere unterschiedliche Ausführungsformen des zapfenseitigen Dichtbereiches 12. In beiden Figuren wird am Absatz 6.1 des Zapfens 6 ein Schutzring 11.1 angebracht. Dieser Schutzring 11.1, der sich sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung zwischen Zapfen 6 und Zentrierelement 11 erstreckt, vermindert den Abrieb und somit den Verschleiß im Bereich des Zentrierelements 11. Ein Dichtungsbalg, dessen zapfenseitigen Dichtbereich 12 derart ausgeführt ist, weist hierdurch eine längere Standzeit auf.
Gemäß Figur 8 ist das Zentrierelement 11 als balgseitiger Zentrierring 11.2 ausgebildet, der die Gegenlauffläche für den Schutzring 11.1 darstellt. Hierbei wird eine definierte und korrosionsgeschützte Führung dieser zueinander drehbeweglichen Bauteile erreicht. Über eine geeignete Materialpaarung , beispielsweise Stahl auf Stahl, kann eine reibungsarme Relativdrehung des balgseitigen Zentrierringes 11.2 zum Schutzring 11.1 erreicht werden.
In Figur 9 wird im zapfenseitigen Dichtbereich 12 eine andere Ausführung des Schutzringes 11.1 dargestellt. Dieser Schutzring 11.1 erstreckt sich im Vergleich zu dem Schutzring 11.1 der Figuren 7 und 8 über einen größeren Teilbereich des konisch verlaufenden Zapfens 6 und weist im unteren Teil eine Ausbuchtung auf. In diese Ausbuchtung am Schutzring 11.1 kann ein zweiter Dichtgummi 10 eingedrückt werden. Der zweite Dichtgummi 10 fungiert zusätzlich als redundante Dichtung zu den Dichtlippen 8 und 9 des Dichtgummis 1 und des Mantelgummis 2 am Zapfen 6.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Dichtgummi
2 " Mantelgummi
3 Versteifungselement des Dichtgummis
4 Versteifungselement des Mantelgummis
5 kombiniertes Versteifungs-/Zentrierelement des Mantelgummis
6 Zapfen (nur teilweise dargestellt) 6.1 Absatz am Zapfen
7 Hebelauge
8 Dichtlippe des Dichtgummis
9 Dichtlippe des Mantelgummis
10 Dichtgummi
11 Zentrierelement
11.1 Schutzring
11.2 Zentrierring
12 zapfenseitiger Dichtbereich
13 Mantelbereich (nur teilweise dargestellt)
14 Kontaktfläche zapfenseitiger Dichtbereich Mantelbereich
15 Hohlraum

Claims

DichtungsbalgPatentansprüche
1. Dichtungsbalg eines Kugelgelenkes, mit einer Kugel, einem von der Kugel ausgehenden Zapfen (6) und einem die Kugel aufnehmendem Gehäuse, wobei der Dichtungsbalg sich zwischen Zapfen (6) und Kugelgehäuse erstreckt und der Dichtungsbalg einen zapfenseitigen Dichtbereich (12), einen Mantelbereich (13) und einen gehäuseseitigen Dichtbereich aufweist und der Mantelbereich (13) aus einem elastomeren Material besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der zapfenseitige Dichtbereich (12] des Dichtungsbalges aus einem Material besteht, das sich von dem für den Mantelbereich (13) des Dichtungsbalges verwendeten Material unterscheidet.
2. Dichtungsbalg gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem für den zapfenseitigen Dichtbereich (12) verwendeten Material um ein Elastomer handelt.
3. Dichtungsbalg gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der zapfenseitige (12) als auch der gehäuseseitige Dichtbereich aus einem anderen elastomeren Material bestehen als der Mantelbereich (13).
4. Dichtungsbalg gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dichtbereich (12), vorzugsweise beide Dichtbereiche, eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige und/oder Stoffs chlüssige Verbindung zum Mantelbereich (13) aufweisen.
5. Dichtungsbalg gemäß einem der vor anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelbereich (13) zumindest ein Versteifungselement (4) aufweist, das vorzugsweise nahe an zumindest einem Dichtbereich (12) angeordnet ist.
6. Dichtungsbalg gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dichtbereich (12) zumindest ein Versteifungselement (3) aufweist, das vorzugsweise nahe an Mantelbereich (13) angeordnet ist.
7. Dichtungsbalg gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (3, 4) aus Kunststoff und/oder Metall besteht.
8. Dichtungsbalg gemäß dem voranstehenden Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (3, 4) rotationssymmetrisch bezüglich des Zapfens (6) angeordnet ist.
9. Dichtungsbalg gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelbereich (13) und/oder die Dichtbereiche (12) über zumindest eine Dichtlippe (8, 9) verfügen, die eine Abdichtung des Kugelgelenkinnenraumes am Zapfen (6) oder am Gehäuse ermöglicht.
10. Dichtungsbalg gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einem Dichtbereich (12) ein zusätzliches Dichtelement (10) vorgesehen ist.
11. Dichtungsbalg gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen Zapfen (6) und zapfenseitigem Dichtbereich (12) und/oder zwischen Gehäuse und gehäuseseitigem Dichtbereich zumindest ein Zentrierelement (11) vorgesehen ist.
12. Dichtungsbalg gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelbereich (13) aus Chloroprenekautschuk, vorzugsweise mit einer Härte von circa 50 +/■ 10 Shore A, besteht.
13. Dichtungsbalg gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Dichtbereich (12) aus einem Nitrilkautschuk, vorzugsweise mit einer Härte von circa 70 +/- 10 Shore A, besteht.
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