EP2210019A2

EP2210019A2 - Gelenk- und/oder lageranordnung

Info

Publication number: EP2210019A2
Application number: EP08849914A
Authority: EP
Inventors: Hans-Gerd Brunneke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-07-28
Also published as: JP2011503476A; WO2009062499A2; BRPI0820541A2; DE102007055251A1; WO2009062499A3; US20100260538A1; RU2010123978A; CN101861483A

Abstract

Eine Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) mit einem Gelenkzapfen (2), dessen Kopfbereich (3) gegenüber einer aufnehmenden Schale (4) oder Gehäuseeinheit (5) beweglich ist, wobei der Gelenkzapfen (2) zumindest über einen Teil seiner Erstreckung von einer umlaufenden Dichtungsmanschette (7) umgeben ist, die mit ihrem dem Kopfbereich (3) axial abgewandten Ende mittelbar oder unmittelbar dichtend an dem Gelenkzapfen (2) anliegt und hierfür einen radial innen gelegenen Spannring (6) aufweist, wird so ausgebildet, dass der Dichtungsmanschette (7) im Bereich ihrer Anlage an den Gelenkzapfen (2) zumindest nahezu parallel zum ersten Spannring (6) ein radial weiter außen gelegener zweiter Ring (8) mit einer axialen Erstreckungskomponente zugeordnet ist, der über einen Radialverbinder (9) mit dem ersten Spannring (6) zu einer im Querschnitt U-förmigen Aufnahmeeinheit (10) für einen axialen Endbereich (11) des Dichtungsbalgs (7) verbunden ist.

Description

Gelenk- und/oder Lageranordnung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Gelenk- und/oder Lageranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einer oder mehreren derartigen Gelenk- und/oder Lageranordnung(en), insbesondere in Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen.

Bei Gelenkanordnungen, die einen beweglich gelagerten Zapfen aufweisen, etwa derart, dass dieser mit seinem erweiterten und zum Beispiel kugelförmigen Kopfbereich in einer aufnehmenden Gelenk- oder Lagerschale relativbeweglich gelagert ist, muss der Reibungsbereich zwischen Kopfbereich und Lagerschale möglichst gut gegen Partikel- und/oder Feuchtigkeitseinwirkung abgedichtet sein. Hierfür ist es bekannt, den Zapfen über einen großen Bereich seiner axialen Länge mit einer Dichtungsmanschette aus einem derart elastischen Material zu umgeben, dass diese den Bewegungen, insbesondere auch Kippbewegungen, des Zapfens folgen kann. Diese Dichtungsmanschette muss dann am Zapfen mit ihrem dem Kopfbereich axial abgewandten Ende derart gehalten sein, dass dort eine gute und dauerhafte Abdichtung bei gleichzeitiger Mitbeweglichkeit dieses Endes mit der Zapfenbewegung erreicht ist.

Es ist bekannt, das genannte axiale Ende des Dichtungsbalgs über einen metallischen und eine axiale Erstreckung aufweisenden Haltering im Presssitz auf dem Gelenkzapfen zu halten. Dabei ist jedoch eine weitere radial einwärts weisende Kraftbeaufschlagung einer außen an dem Haltering anliegenden Dichtung erforderlich, zum Beispiel über einen separaten Spannring, um die Dichtung mit an dem Haltering zu sichern. Dies verkompliziert die Montage und erhöht die Anzahl der benötigten Bauteile.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei Gelenken mit beweglichen Zapfen und einer daran anliegenden Dichtungsmanschette eine Verbesserung zu erreichen.

Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Gelenk- oder Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die weiteren Ansprüche 2 bis 11 verwiesen.

In der erfindungsgemäßen Ausbildung ist eine Gelenk- und/oder Lageranordnung geschaffen, die im Anlagebereich der Dichtungsmanschette an den Zapfen einen zumindest dreiseitig geschlossenen Aufnahmeraum für Fett oder ähnliche dichtende und schmierende Masse ausbildet und daher eine hohe Langlebigkeit aufweist.

Zudem ist es nicht erforderlich, einen weiteren, separaten Spannring vorzusehen, sondern die Aufnahmeeinheit kann eine hinreichende Spannung aufbringen, um sich selbst und den von dieser aufgenommenen Dichtrand der Dichtungsmanschette an den Gelenkzapfen zu drücken und dort in Position zu halten. Die Anzahl der benötigten Bauteile und Montageschritte ist dadurch verringert.

Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Aufnahmeeinheit einen insgesamt nur einstückigen Ringkörper ausbilden und somit eine Minimalanzahl von Bauteilen für die Sicherung des Dichtrandes der Dichtungsmanschette bereitstellen.

Besonders günstig kann die Aufnahmeeinheit mit dem fest eingefügten Endbereich der Dichtungsmanschette und gegebenenfalls mit einer Schmierstoffbefüllung eine vorkonfektionierte Baueinheit bilden, die auf den Gelenkzapfen mit einer axialen Montagekomponente aufsetzbar ist, insbesondere ohne dass für die Halterung der Aufnahmeeinheit ein weiterer Spannring erforderlich wäre. Damit ist nicht nur die Anzahl der Bauteile minimiert, sondern auch die Montage deutlich vereinfacht.

Wenn die Aufnahmeeinheit in sich starr ist und sowohl der innere Spannring als auch der äußere Ring mit Vorspannung auf dem Zapfen halterbar sind, können beide Ringe zur Halterung auf dem Zapfen beitragen. Der äußere Ring kann zusätzlich den eingefassten Dichtrand der Manschette mit gegen ein Herausrutschen sichern.

Insbesondere bildet dabei die Aufnahmeeinheit einen im Querschnitt dreiseitig geschlossenen und teilweise mit Schmierstoff befüllten Aufnahmeraum für den Endbereich des Dichtungsbalgs, so dass der äußere Ring nicht nur eine haltende Funktion hat, sondern in Doppelfunktion auch einen Dichtschenkel für den aufgenommenen Endbereich des Dichtungsbalgs bildet. Eine Umbördelung oder dergleichen Abkantung der offenen U-Schenkel kann für ein besonders weites Schließen des Aufnahmeraums vorgesehen sein, um so eine noch erhöhte Auszugsicherung und eine besonders gute Dicht- und Schmierstoffhalterung zu bilden.

Weiter kann der Rand der Dichtungsmanschette im Bereich seiner Anlage an zumindest einem der U-Schenkel ein mit Schmierstoff befülltes Labyrinth ausbilden, um dadurch die dauerhafte Abdichtung, insbesondere auch gegen Eindringen von Feuchtigkeit, weiter zu verbessern.

Zur Anlage an den Zapfen und ggf. einen diesen aufnehmenden Lenker kann vorteilhaft der innere Spannring außenseitig mit einer Dichtungsfläche versehen sein, wie hier in den Zeichnungen dargestellt ist.

Ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer erfindungsgemäßen Gelenk- und/oder Lageranordnung, insbesondere innerhalb von Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen, die einer besonderen Verschmutzungsgefahr ausgesetzt sind, ist separat beansprucht. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Übersichtszeichnung einer erfindungsgemäßen Gelenk- und/oder Lageranordnung mit einem im Nahbereich des Kopfbereichs über einen Spannring gesicherten Dichtungsmanschette, die am axial abgewandten Ende über eine erfindungsgemäße ringförmige Aufnahmeeinheit am Zapfen gesichert ist, wobei die Darstellung in der Zeichnung links der Längsachse aufgeschnitten ist,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, jedoch bei Auslenkung des Gelenkzapfens,

Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung des Details III in Fig. 2,

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 einer alternativen Ausführung des Randes der Dichtungsmanschette ,

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4 einer weiteren alternativen Ausbildung der

Aufnahmeeinheit und des Randes der Dichtungsmanschette mit einem in diesen einvulkanisierten Kernring.

Die Gelenkanordnung 1 nach Figur 1 umfasst einen axial erstreckten Gelenkzapfen 2 mit einem erweiterten und beispielsweise durch eine im wesentlichen kugelförmige Ausformung gebildeten Kopfbereich 3, der in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist. Dieser kann in und gegenüber einer in der Regel dauergeschmierten Gelenkschale 4 (in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt), die den Kopfbereich aufnimmt, dreh- und/oder kippbeweglich gehalten sein. Die Gelenkschale 4 kann außerhalb des Zapfendurchtritts im Wesentlichen geschlossen oder eher ringförmig ausgebildet sein. Eine solche ausgelenkte Kippbewegung des Gelenkzapfens 2 gegenüber der Gelenkschale 4 ist in Fig. 2 dargestellt.

Weiterhin ist die Gelenkschale 4 ihrerseits zumindest radial außen teilweise von einem Gehäuse 5 oder einem ähnlichen umgebenden Raum gehalten. Gelenkschale 4 und Aufnahmeraum 5 bilden insgesamt eine Lagerungseinheit. Das Gehäuse 5 muss keine gesonderte Baueinheit ausbilden, sondern kann auch integraler Bestandteil eines beispielsweise die Lagerungseinheit im montierten Zustand umgreifenden Lenkers, zum Beispiel eines Guss- oder Schmiedeteils, sein.

Die Gelenk- und/oder Lageranordnung 1 umfasst weiter eine Dichtungsmanschette 7, die häufig als Dichtungsbalg ausgebildet ist und einen Teil des Zapfens 2 umgibt. Sie schließt im Bereich der von dem Gehäuse 5 belassenen Durchtrittsöffnung für den Zapfen 2 an die Lagerungseinheit an und sorgt dafür, dass in den Bereich der Gelenkschale 4 und des Kopfbereichs 3 möglichst keine Partikel oder Feuchtigkeit eindringen können. Hierfür ist der Dichtungsbalg 7 mit seinem dem Kopfbereich 3 zugewandten axialen Ende zum Beispiel über einen Spannring 13 am Gehäuse 5 festgelegt. Mit seinem diesem axial abgewandten Ende 11 liegt der Dichtungsbalg 7 hingegen mittelbar oder unmittelbar dichtend an dem Gelenkzapfen 2 an.

Für diese Anlage ist erfindungsgemäß eine im Querschnitt zumindest U-förmige - also dreiseitig geschlossene - Aufnahme einheit 10 für den axialen Endbereich 11 des Dichtungsbalgs 7 vorgesehen. Diese umfasst einen radial innen gelegenen Spannring 6 und zumindest nahezu parallel zu diesem einen radial weiter außen gelegenen zweiten Ring 8, beide mit einer axialen Erstreckungskomponente. Diese beiden Ringe 6, 8 sind über einen quer hierzu verlaufenden Radialverbinder zu der im Querschnitt U-förmigen Aufnahmeeinheit 10 für den Endbereich 11 verbunden. Der Endbereich 11 ist dabei umlaufend verdickt ausgebildet und bildet im ersten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 radial innen, radial außen sowie axial vom Kopfbereich 3 wegweisend jeweils ein Labyrinth 14, 15, 16 oder eine ähnliche Struktur aus. Diese dient jeweils zur Aufnahme von dichtendem Fett oder ähnlichem Schmierstoff. Das dichtende Fett liegt damit jeweils zwischen den Labyrinthen 14, 15, 16 und der Innenseite des inneren Rings 6 bzw. des äußeren Rings 8 oder des radialen Verbinders 9 an. Alle diese bilden daher vorzugsweise geschlossene Flächen aus, um einen Austritt des Dichtmittels zu verhindern. Damit lässt sich eine besonders gründliche Abdichtung des von dem Dichtungsbalg 7 zu schützenden Innenraums 18 gegen eine Einwanderung von Verunreinigungen aus Richtung des Pfeils 19 (Fig. 3) erreichen. Gegen eine Einwanderung von Verunreinigungen in Richtung des Pfeils 20 kann zudem eine Dichtungsfläche 21 zwischen dem radial inneren Ring 6 und dem Zapfen 2 vorgesehen sein. Ebenso kann ggf. der Radialverbinder 9 zur Anlage an einen den Gelenkzapfen 2 aufnehmenden Lenker 12 (in Fig. 4 eingezeichnet) außenseitig mit einer Dichtungsfläche 22 versehen sein.

Für eine hohe Stabilität und gleichzeitig einfache Fertigung kann die Aufnahmeeinheit 10 insgesamt einen einstückigen Doppel-Ringkörper ausbilden, der die beiden Ringe 6, 8 mit umfasst. Dabei ist die Aufnahmeeinheit 10 in sich starr, so dass sowohl der innere Ring unter pressender Vorspannung als auch der äußere Ring 8 mit Vorspannung auf dem Zapfen 2 halterbar sind.

Dabei sichert der äußere Ring 8 nicht nur die Aufnahmeeinheit 10 und den Endbereich 11 der Dichtungsmanschette 7 auf dem Gelenkzapfen 2, sondern bildet in Doppelfunktion gleichzeitig einen Dichtschenkel für den hier im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ausgebildeten und zwischen den Schenkeln 6, 8 aufgenommenen Endbereich 11.

Somit ist durch den äußeren Ring 8 einerseits in einem Montageschritt die Halterung der Dichtungsmanschette 7 möglich, ohne hierfür ein separates Bauteil zu benötigen. Gleichzeitig ist durch den zusätzlichen Dichtungsschenkel an der Innenseite des Ringes 8 die Länge der Dichtlinie erheblich vergrößert, was zu einer signifikant verbesserten Abdichtung und Lebensdauer führt.

Die Aufnahmeeinheit 10 kann dabei aus metallischem Werkstoff, insbesondere nicht rostendem Edelstahl, oder einem insbesondere faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Für eine hohe Stabilität, auch im Dauereinsatz, weist jeder Ring 6, 8 der Aufnahmeeinheit 10 und auch der Radialverbinder 9 eine ausreichende Wandstärke von beispielsweise 1,5 Millimetern bis 2,5 Millimetern auf.

In Fig. 4 ist ein zusätzliches Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Labyrinthdichtung 16 am Außenschenkel 8 entfällt. Dafür ist hier die Anlage auf dem Lenker 12 über die Dichtfläche 22 dargestellt, so dass hier einer Schmutzeinwanderung in Richtung des Pfeils 20 über die Dichtflächen 21, 22 doppelt vorgebeugt ist. In Fig. 5 sind für geänderte Anforderungen jeweils besonders große Aufnahmeräume für dichtendes Fett oder dergleichen geschaffen. Zudem ist die Formstabilität des Endbereichs 11 durch einen eingebrachten Kernring 23 gesichert. Der Endbereich 11 liegt über kraftschlüssig eingepasste Flanken Yl seiner Eckbereiche in dem Aufnahmering jeweils dichtend an.

In den Figuren 1 bis 4 ist zudem dargestellt, dass die offenen Enden der U-Schenkel 6, 8 nach Einbringen des Endbereichs 11 umgebördelt oder auf ähnliche Weise einwärts umgeformt sein können, um damit eine besonders gute Abzugsicherung zu erreichen und gleichzeitig den Raum für die Aufnahme von Fett oder dergleichen Dicht- und Schmiermittel möglichst eng zu umschließen.

Weiter kann auch - anders als dargestellt - der Radialverbinder 9 eine abweichende Form, etwa auch gerundet oder schräg zur radialen Richtung verlaufend, haben, so dass der Aufnahmebereich 10 im Querschnitt eher C-förmig aussehen wird. Er ist allerdings in jedem Fall an einer äußeren und inneren Ringfläche 8, 6 sowie dazwischen 9 umschlossen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Aufnahmeeinheit 10 mit dem fest eingefügten Endbereich 11 der Dichtungsmanschette 7 und gegebenenfalls mit einer Schmierstoffbefüllung eine vorkonfektionierte Baueinheit bilden kann, die auf den Gelenkzapfen 2 mit einer axialen Montagekomponente in einem einzigen Schritt aufsetzbar ist, da ja ein separater äußerer Ring zur Halterung des dichtenden Endbereichs 11 am inneren Ring 6 nicht mehr erforderlich ist. Auch ohne diesen separaten Ring kann die erfindungsgemäße Aufnahmeeinheit 10 im Presssitz auf dem Gelenkzapfen 2 gehalten werden. Eine Einvulkanisation eines stabilisierenden Kernrings 23, wie in Fig. 5 dargestellt, ändert an der Vorkonfektionierbarkeit zu einer in einem einzigen Montageschritt aufzusetzenden Baueinheit und der dadurch erreichten Vereinfachung nichts.

Aufgrund der guten Dauereigenschaften ist die Erfindung insbesondere auch für verschmutzungsintensive Bereiche von Kraftfahrzeugen geeignet, die solche Gelenk- und/oder Lageranordnungen insbesondere auch innerhalb von Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen umfassen können.

B ezugszeichenliste

Gelenk- oder Lageranordnung Zapfen Kopfbereich Gelenkschale Gehäuse innerer Ring Dichtungsmanschette äußerer Ring Radialverbinder Aufnahmeeinheit ringförmiger Endbereich Lenker Spannring Labyrinthdichtung Labyrinthdichtung Labyrinthdichtung Flanke Innenraum Richtung Richtung Dichtfläche Dichtfläche Kernring

Claims

Gelenk- und/oder LageranordnungPatentansprüche

1. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) mit einem Gelenkzapfen (2), dessen Kopfbereich (3) gegenüber einer aufnehmenden Schale (4) oder Gehäuseeinheit (5) beweglich ist, wobei der Gelenkzapfen (2) zumindest über einen Teil seiner Erstreckung von einer umlaufenden Dichtungsmanschette (7) umgeben ist, die mit ihrem dem Kopfbereich (3) axial abgewandten Ende mittelbar oder unmittelbar dichtend an dem Gelenkzapfen (2) anliegt und hierfür einen radial innen gelegenen Spannring (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsmanschette (7) im Bereich ihrer Anlage an den Gelenkzapfen (2) zumindest nahezu parallel zum ersten Spannring (6) ein radial weiter außen gelegener zweiter Ring (8) mit einer axialen Erstreckungskomponente zugeordnet ist, der über einen Radialverbinder (9) mit dem ersten Spannring (6) zu einer im Querschnitt portalförmigen Aufnahmeeinheit (10) für einen axialen Endbereich (11) des Dichtungsbalgs (7) verbunden ist.

2. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (10) einen einstückigen Ringkörper ausbildet.

3. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (10) in sich starr ist und sowohl der innere Spannring (6) als auch der äußere Ring (8) mit Vorspannung auf dem Zapfen (2) halterbar sind.

4. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (10) einen im Querschnitt dreiseitig geschlossenen und teilweise mit Schmierstoff befüllten Aufnahmeraum für den Endbereich (11) des Dichtungsbalgs (7) ausbildet.

5. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring (8) einen Dichtschenkel für den aufgenommenen Endbereich (11) des Dichtungsbalgs (7) bildet.

6. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich (11) im Bereich seiner Anlage an den äußeren Schenkel ein mit Schmierstoff befüllbares Labyrinth ausbildet.

7. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (10) aus metallischem Werkstoff, insbesondere nicht rostendem Edelstahl, oder einem insbesondere faserverstärkten Kunststoff gebildet ist.

8. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ring (6; 8) der Aufnahmeeinheit (10) und der Radialverbinder (9) eine Wandstärke von 1,5 Millimetern bis 2,5 Millimetern aufweisen.

9. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Spannring (6) zur Anlage an den Gelenkzapfen (2) und ggf. der Radialverbinder (9) zur Anlage an einen den Gelenkzapfen (2) aufnehmenden Lenker (12) außenseitig mit einer Dichtungsfläche (21; 22) versehen ist oder sind.

10. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (10) mit dem fest eingefügten Endbereich (11) der Dichtungsmanschette (7) und ggf. mit einer Schmierstoffbefüllung eine vorkonfektionierte Baueinheit bildet, die auf den Gelenkzapfen (2) mit einer axialen Montagekomponente aufsetzbar ist.

11. Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit ohne einen weiteren Spannring im Presssitz auf dem Gelenkzapfen (2) halterbar ist.

12. Kraftfahrzeug mit zumindest einer Gelenk- und/oder Lageranordnung (l) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, insbesondere innerhalb von Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen.