DE19850378C1

DE19850378C1 - Dichtungsbalg mit Stützelement

Info

Publication number: DE19850378C1
Application number: DE19850378A
Authority: DE
Inventors: Dirk Sokolhs
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2018-11-03

Abstract

Es wird ein Dichtungsbalg mit Stützelement vorgestellt, welcher einerseits an einem Gelenkzapfen und andererseits an einem den Gelenkzapfen allseits beweglich aufnehmenden Gelenkgehäuse dichtend anliegt und durch das Stützelement gegen ein Verrutschen auf dem Gelenkzapfen gesichert ist, wobei zwischen der Innenfläche des Dichtungsbalgs und der Lagerung des Gelenkzapfens in dem Gelenkgehäuse eine Kammer zur Aufnahme von Schmiermittel ausgebildet ist, wobei das Stützelement ein aus einem elastischen Kunststoff bestehender Stützring (2) ist, der unter den Dichtungsbalg (1) auf den sich in diesem Bereich konisch erweiternden Gelenkzapfen (6) aufgeschoben ist und eine Ausformung in Form eines umlaufenden Ringbundes (3) besitzt, welche für den in diesem Bereich an dem Stützring (2) fest anliegenden Dichtungsbalg (1) eine Stützfläche bildet, während der Gelenkzapfen (6) gegenüber dem aufgeschobenen Stützring (2) verdrehbar ist, wobei der Ringbund (3) des Stützringes (2) gleichzeitig eine die Kammer (7) zur Aufnahme des Schmiermittels verschließende Überdruckablaßvorrichtung bildet, die beim Überschreiten eines durch ihre Eigenelastizität bestimmten Schmiermitteldruckes in Richtung der Mittelachse (12) des Gelenkzapfens (6) gedrückt wird und dabei einen das Austreten von Schmiermittel ermöglichenden Kanal (8; 9) freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Dichtungsbalgs mit einem Stützelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Kugelgelenke werden in der Technik vielseitig eingesetzt, insbesondere im Fahrzeugbau finden Sie Einsatz bei der Aufhängung der Räder an den Fahrzeugachsen. Dabei ist in einem Gelenkgehäuse ein Gelenkzapfen mittels einer Gelenkkugel so gelagert, daß sich der Gelenkzapfen in dem Gelenk drehen kann und ihm außerdem eine Schwenkbewegung um die Gelenkachse ermöglicht ist. Um die Funktionsfähigkeit des Gelenks, also die Beweglichkeit der Gelenkkugel, auf Dauer zu garantieren, ist es einerseits erforderlich, das Gelenk zu schmieren und andererseits zu verhindern, daß Verschmutzungen in das Gelenk gelangen und die Kontaktflächen beschädigen.

Hierzu wird in der Praxis ein Dichtungsbalg eingesetzt, welcher das Gelenkgehäuse nach außen verschließt und dabei von dem Gelenkzapfen durchragt wird. Durch den Dichtungsbalg wird gleichzeitig verhindert, daß das Gelenk infolge Schmiermittelverlustes trockenläuft. Dies wird dadurch gewährleistet, daß durch die besondere Ausformung des Dichtungsbalgs zwischen dessen Innenwandung und dem Gelenk eine Schmiermittelkammer ausgebildet wird.

Bei starker Belastung des Kugelgelenkes kann es vorkommen, daß sich infolge der durch diese Belastung auftretenden Erwärmung des Schmiermittels ein erhöhter Druck aufbaut. Damit dieser erhöhte Druck nicht zur Zerstörung des Dichtungsbalgs führt, werden Maßnahmen ergriffen, um überschüssiges Schmiermittel bei auftretenden hohen Drücken abzuleiten. Dazu ist es, wie beispielsweise in der DE 196 34 444 A1 dargestellt, bekannt, in der Nähe der Anlageflä che des Dichtungsbalgs am Gelenkzapfen einen durch die Wand des Dichtungsbalgs führenden dünnen Kanal vorzusehen. Dieser Kanal wird durch einen unter mechanischer Spannung stehenden Haltering abgedeckt, der so vorgespannt ist, daß ein eventuell auftretender überhöhter Druck des Schmiermittels diese Vorspannung überwindet, den Ring etwas aufdrückt und dadurch der durch den Dichtungsbalg verlaufende Kanal für den Austritt einer geringen Schmiermittelmenge freigegeben wird.

Ein weiteres praktisches Problem bei Kugelgelenken besteht darin, daß der Dichtungsbalg insbesondere beim Montageprozeß des Gelenks auf dem Gelenkzapfen in Richtung des Gelenkgehäuses verrutschen kann und so durch beim gebrauchsgemäßen Einsatz auftretende Bewegungen des Gelenkzapfens, von dem Gelenk gequetscht und infolgedessen beschädigt wird.

Um dies zu verhindern, wird durch die CH 465 971 vorgeschlagen, den Dichtungsbalg mittels einer Buchse an dem Gelenkzapfen zu fixieren und diese Buchse durch eine zusätzliche Hülse oder einen auf dem Gelenkzapfen umlaufenden Ring gegen das Gelenkgehäuse abzustützen. Die in der Schrift beschriebene Buchse besteht aus einem harten Kunststoffund ist mit dem Gelenkzapfen fest verbunden, um die Bewegung des den Dichtungsbalg durchragenden Gelenkzapfens zu ermöglichen, ist der Dichtungsbalg gegen die Buchse beweglich. Nachteilig an dieser Lösung ist die Notwendigkeit, die Buchse durch die Hülse oder den am Gelenkzapfen zusätzlich ausgebildeten Ring abstützen zu müssen. Besondere Maßnahmen, die gegebenenfalls ein Austreten von Schmiermittel ermöglichen, sind aus der genannten Schrift nicht zu entnehmen.

Darüber hinaus ist aus der US 3,403,932 ein Kugelgelenk bekannt, bei dem auf den Gelenkzapfen ein den Dichtungsbalgrandbereich aufnehmender Ring aufgesetzt ist, der einen das Schmiermittel abführenden Kanal aufweist. Der Kanal wird mittels einer an der Innenoberfläche des Dichtungsbalges angeformten Dichtlippe verschlossen, solange die Abdichtfunktion des Dichtungsbalges gewährleistet sein soll. Bei einem infolge Überdruckes sich aufweitenden Dichtungsbalg hebt die Dichtlippe ab und gibt den Kanal kurzzeitig zum Druckabbau frei. Diese Lösung ist jedoch insoweit nachteilig, als der Dichtungsbalg fertigungstechnisch sehr aufwendig und damit teuer ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Problemstellung zugrunde, das Verrutschen des das Kugelgelenk gegen Verschmutzungen schützenden Dichtungsbalgs auf dem Gelenkzapfen zu verhindern und gleichzeitig ein Austreten von gegebenenfalls unter einem erhöhten Druck stehenden Schmiermittel zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese technische Problemstellung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die Unteransprüche werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung charakterisiert.

Gemäß der Erfindung ist das Stützelement als ein Stützring ausgebildet, der aus einem elastischen Kunststoff besteht und unter den Dichtungsbalg auf den sich in diesem Bereich konisch erweiternden Gelenkzapfen aufgeschoben ist. Der Gelenkzapfen, welcher den Stützring durchragt, ist dabei gegenüber dem Stützring verdrehbar, während der Stützring und der Dichtungsbalg in ihrer Lage zueinander weitestgehend fixiert sind. Im Bereich des Anliegens des Dichtungsbalgs weist der Stützring eine radial aufragende Ausformung in Form eines umlaufenden Ringbundes auf. Durch diesen Ringbund wird eine Stützfläche gebildet, die den Dichtungsbalg gegen ein Verrutschen auf dem Gelenkzapfen abstützt. Gleichzeitig wir durch den Stützring eine Überdruckablaßvorrichtung für das Schmiermittel gebildet, welches sich in der durch den Dichtungsbalg gebildeten Kammer befindet. Beim Überschreiten eines beispielsweise in Folge der Erwärmung des Schmiermittels entstehenden Grenzdrucks, dessen Höhe insbesondere von der Eigenelastizität des Ringbundes abhängig ist, wird der Ringbund in Richtung der Mittelachse des Gelenkzapfens gedrückt und gibt dadurch einen das Austreten des Schmiermittels ermöglichenden Kanal frei.

Es hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, das Stützelement aus einem Kunststoff auszubilden, dessen Elastizität gleich oder etwas geringer ist als die Elastizität des den Dichtungsbalg bildenden Materials. Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Stützring auf seiner an dem Gelenkzap fen umlaufend anliegenden Innenfläche eine labyrinthartige Strukturierung aufweist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kanal, welcher im Falle des Auftretens eines Überdrucks in dem Schmiermittel durch den Ringbund freigegeben wird, als ein durch die Wandung des Dichtungsbalgs unterhalb des Ringbundes verlaufender Kanal ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung kann der Stützring für eine zusätzliche Fixierung des Dichtungsbalgs an seinem dem Gelenkgehäuse abgewandten Ende einen weiteren radial abragenden Bundsteg aufweisen.

Gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der das Austreten von Schmiermittel ermöglichende Kanal entweder zwischen dem Dichtungsbalg und dem Stützring oder zwischen dem Stützring und dem Gelenkzapfen ausgebildet, so daß unter Überdruck stehendes Schmiermittel entlang der Oberfläche des den Dichtungsbalg und den Stützring durchragenden Gelenkzapfens austreten kann. Ein solcher Kanal kann durch eine entsprechende Formgebung des Stützringes realisiert werden. Hierzu können unterhalb des Ringbundes in der äußeren Oberfläche des Stützringes eine oder mehrere Ausnehmungen vorgesehen sein.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, in diesem Bereich die Wandstärke des Stützringes zu verringern.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung läßt sich die abstützende Wirkung des ringförmigen Stützelementes dadurch weiter verstärken, daß der Stützring ausgehend von dem die Anlagefläche für den Dichtungsbalg bildenden Ringbund zum Gelenk gehäuse hin bis zum Übergang zwischen dem Gelenkzapfen und der Gelenkkugel verlängert ist. Die durch diese Ausbildung erreichte Verstärkung der Stützwirkung verhindert in vorteil hafter Weise insbesondere auch beim betriebsgemäßen Gebrauch des Kugelgelenkes ein Verrutschen des Dichtungsbalgs auf dem Gelenkzapfen.

Die erfindungsgemäße Lösung vereint in sich in vorteilhafter Weise Gestaltungsmerkmale, die das aale Verrutschen des Dichtungsbalgs auf dem Gelenkzapfen verhindern und dabei gleich zeitig das Austreten überschüssigen Schmiermittels im Falle eines entstehenden Überdruckes ermöglichen. Die hierzu vorgeschlagene Anordnung des Dichtungsbalgs mit Stützelement zeichnet sich insbesondere durch die Einfachheit der Mittel aus. Im Gegensatz zu bisher bekannten Lösungen werden die genannten Funktionen im wesentlichen durch die geeignete Ausbildung eines einzigen Elementes, nämlich des Stützringes ermöglicht. Dabei sind insbeson dere keine Veränderungen an der Ausbildung des Gelenkzapfens erforderlich.

Selbstverständlich können die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen, beispielsweise auch mit Merkmalen aus dem Stand der Technik, oder in Alleinstellung verwendet werden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Eine mögliche Ausbildung mit einem Kanal zwischen Dichtungsbalg und Stützring.

Fig. 2 Eine weitere Ausbildung der Erfindung mit einem Kanal durch die Wandung des Dichtungsbalgs.

Fig. 3 Eine Ausbildung der Erfindung mit einem in Richtung des Gelenkgehäuses verlän gerten Stützring.

Fig. 4 Eine weitere Ausbildung der Erfindung mit einem Kanal durch die Wandung des Stützringes.

In der Fig. 1 ist die Teildarstellung einer möglichen Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung des Dichtungsbalgs 1 mit Stützring 2 wiedergegeben. Andeutungsweise sind dabei die einzelnen das Kugelgelenk ausbildenden Teile in der Darstellung erkennbar. Das Gelenk wird gebildet durch das Gelenkgehäuse 4, in welchem in einer dafür vorgesehenen Ausnehmung die Kugel 5 des Gelenkzapfens 6 gelagert ist. Das Kugelgelenk wird in bekannter Weise durch den Dichtungsbalg 1 gegen Verschmutzung und Austrocknung des Schmiermit tels geschützt. Der Dichtungsbalg 1 ist am Gehäuse 4 fixiert und spannt sich von dort aus unter Ausbildung einer Kammer 7 zur Aufnahme des Schmiermittels in Richtung des Gelenkzapfens 6. Gemäß der Erfindung ist unter dem den Gelenkzapfen 6 umgebenden Dichtungsbalg 1 der Stützring 2 auf den Gelenkzapfen 6 aufgeschoben. Wie zu erkennen ist, erweitert sich der Gelenkzapfen 6 im Bereich des Anliegens des Stützringes 2 konisch, um sich dann in Richtung der Gelenkkugel 5 zu verjüngen. Der Dichtungsbalg 1 ist am Stützring 2 zusätzlich durch einen Spannring 11 fixiert.

Entsprechend der der Erfindung zugrundeliegenden Idee weist der Stützring 2 an seinem dem Gelenkgehäuse 4 zugewandten Ende eine in Form eines umlaufenden Ringbundes 3 radial abragende Ausformung auf. Durch diesen Ringbund 3 wird eine Stützfläche für den Dichtungs balg 1 gebildet, die den Dichtungsbalg 1 insbesondere bei der Montage des Kugelgelenkes gegen ein Verrutschen in Richtung der Gelenkkugel 5 abstützt. Der Stützring 2, welcher in dem dargestellten Beispiel an seiner Innenfläche eine labyrinthartige Strukturierung 10 auf weist, ist aus einem elastischen Kunststoff hergestellt. Dadurch ist es möglich, daß der die Kammer 7 im Normalfall verschließende Ringbund 3 bei Auftreten eines Überdruckes im Schmiermittel durch das nachdrückende Schmiermittel vom Gelenkgehäuse 4 weg in Richtung der Mittelachse 12 des Gelenkzapfens 6 gedrückt wird und infolge dessen zwischen dem Dich tungsbalg 1 und dem Stützring 2 ein Spalt entsteht, durch welchen das unter Überdruck stehende Schmiermittel in den Kanal 9 gelangen und über diesen aus der Schmiermittelkam mer 7 austreten kann. Die leicht geneigte Ausformung des Ringbundes 3 unterstützt diese Funktion und erschwert andererseits das Eindringen von Schmutz, da sie das Drücken des Ringbundes 3 in Richtung des Gelenkgehäuses 4 weitgehend verhindert. Der Kanal 9 ist in diesem Beispiel zwischen dem Dichtungsbalg 1 und dem Stützring 2 durch Ausnehmungen in dem Stützring oder durch eine in diesem Bereich verringerte Wandstärke des Stützringes ausgebildet. Ebenso kann der Kanal 9 jedoch auch zwischen Gelenkzapfen 6 und Stützring 2 angeordnet werden, wie dies in der Fig. 4 veranschaulicht ist.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die Fig. 2 verdeutlicht. In der Figur sind vereinfachend nur ein Teil des Dichtungsbalgs 1 und des Stützringes 2 dargestellt. Abweichend von der Variante nach der Fig. 1 ist der Kanal 8, welcher das Austreten von Schmiermittel ermöglicht, hier im Dichtungsbalg 1 ausgebildet. Dazu ist ein dünner Kanal 8 durch die Balgwandung geführt. Die Wirkungsweise ist jedoch analog. Bei auf tretenden hohen Drücken wird der Ringbund 3 in Richtung der Oberfläche des Gelenkzap fens 6 gedrückt, so daß wiederum zwischen dem Balg 1 und dem Stützring 2 ein schmaler Durchlaß entsteht, über den Schmiermittel durch den Kanal 8 in der Balgwandung austreten kann. Diese Variante ermöglicht eine Ausbildung des Stützringes 2, durch welche der Dichtungsbalg 1 und der Stützring 2 in ihrer Lage zueinander zusätzlich fixiert werden. Hierzu weist der Stützring 2 an seinem dem nicht dargestellten Gelenkgehäuse 4 abgewandten Ende einen zusätzlichen Bundsteg 13 auf. Somit kann auf einen den Dichtungsbalg 1 umgreifenden Spannring 11 verzichtet werden. Jedoch ist es auch bei dieser Variante möglich, einen Spann ring 11 einzusetzen, wobei aber darauf zu achten ist, daß dieser die Öffnung des Kanals 8 nicht verschließt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die Fig. 3 dargestellt. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring 2, ausgehend von dem die An lagefläche für den Balg 1 bildenden Ringbund 3, in Richtung des Gelenkgehäuses 4 bis zum Zapfenhals, also bis in den Bereich des Überganges zwischen dem Gelenkzapfen 6 und der Ge lenkkugel 5 verlängert ist. Hierdurch ist eine zusätzliche stützende Wirkung gegeben, welche insbesondere auch im Betrieb des Kugelgelenkes ein axiales Verrutschen des Dichtungsbalgs auf dem Gelenkzapfen zuverlässig verhindert.

Bezugszeichenliste

1

Dichtungsbalg

2

Stützring

3

Ringbund

4

Gelenkgehäuse

5

Gelenkkugel

6

Gelenkzapfen

7

Kammer

8

Kanal

9

Kanal

10

Strukturierung

11

Spannring

12

Mittelachse

13

Bundsteg

Claims

1. Dichtungsbalg mit Stützelement, welcher einerseits an einem Gelenkzapfen und andererseits an einem den Gelenkzapfen allseits beweglich aufnehmenden Gelenkgehäuse dichtend anliegt und durch das Stützelement gegen ein Verrutschen auf dem Gelenkzapfen gesichert ist, wobei zwischen der Innenfläche des Dichtungsbalgs und der Lagerung des Gelenkzapfens in dem Gelenkgehäuse eine Kammer zur Aufnahme von Schmiermittel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement ein aus einem elastischen Kunststoff bestehender Stützring (2) ist, der unter den Dichtungsbalg (1) auf den sich in diesem Bereich konisch erweiternden Gelenkzapfen (6) aufgeschoben ist und eine Ausformung in Form eines umlaufenden Ringbundes (3) besitzt, welche für den in diesem Bereich an dem Stützring (2) fest anliegenden Dichtungsbalg (1) eine Stützfläche bildet, während der Gelenkzapfen (6) gegenüber dem aufgeschobenen Stützring (2) verdrehbar ist, wobei der Ringbund (3) des Stützringes (2) gleichzeitig eine die Kammer (7) zur Aufnahme des Schmiermittels verschließende Überdruckablaßvorrichtung bildet, die beim Überschreiten eines durch ihre Eigenelastizität bestimmten Schmiermittel druckes in Richtung der Mittelachse (12) des Gelenkzapfens (6) gedrückt wird und dabei einen das Austreten von Schmiermittel ermöglichenden Kanal (8; 9) freigibt.

2. Dichtungsbalg mit Stützelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (2) aus einem Kunststoff besteht, dessen Elastizität gleich oder etwas geringer ist als die Elastizität des den Dichtungsbalg (1) bildenden Materials, und daß der Stützring (2) auf seiner an dem Gelenkzapfen (6) umlaufend anliegenden In nenfläche eine labyrinthartige Strukturierung (10) aufweist.

3. Dichtungsbalg mit Stützelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Ringbund (3) des Stützringes (2) bei Auftreten eines Überdrucks in dem von der Kammer (7) aufgenommenen Schmiermittel ein durch die Wandung des Dichtungsbalgs (1) verlaufender Kanal (8) für das Austreten von Schmiermittel frei gegeben wird.

4. Dichtungsbalg mit Stützelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (2) an seinem dem Gelenkgehäuse (4) abgewandten Ende einen zusätzlichen annähernd radial abragenden Bundsteg (13) besitzt.

5. Dichtungsbalg mit Stützelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Ringbund (3) bei Auftreten eines Überdrucks für das Austreten von Schmiermittel freigegebene Kanal (9) zwischen dem Dichtungsbalg (1) und dem Stützring (2) ausgebildet ist, so daß entlang der Oberfläche des Stützringes (2) das Austreten von Schmiermittel ermöglicht ist.

6. Dichtungsbalg mit Stützelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Ringbund (3) bei Auftreten eines Überdrucks für das Austreten von Schmiermittel freigegebene Kanal (9) zwischen dem Gelenkzapfen (6) und dem Stützring (2) ausgebildet ist, so daß entlang der Oberfläche des den Dichtungsbalg (1) und den Stützring (2) durchragenden Gelenkzapfens (6) das Austreten von Schmiermittel ermöglicht ist.

7. Dichtungsbalg mit Stützelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der das Austreten von Schmiermittel ermöglichende Kanal (9) unterhalb des Ringbundes (3) durch mindestens eine Ausnehmung in der Oberfläche des Stützringes (2) oder eine Verringerung seiner Wandstärke ausgebildet ist.

8. Dichtungsbalg mit Stützelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (2) zur Verstärkung seiner stützenden Wirkung ausgehend von dem die Anlagefläche für den Dichtungsbalg ausbildenden Ringbund (3) in Richtung des Gelenkgehäuses (4) bis zum Übergang zwischen dem Gelenkzapfen (6) und der Gelenkkugel (5) verlängert ist.