DE2143319B1 - Abdichtung fuer eine wellengelenkkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung für eine Wellengelenkkupplung mit einem äußeren und einem inneren Kupplungsteil, zwischen denen Walzkörper zur Übertragung des Drehmomentes vorgesehen sind, einer Welle, die mit dem inneren Kupplungsteil lösbar verbunden ist, und einer Dichtungsmanschette aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, deren Enden verdickt und mit den zugeordneten Kupplungsteilen luft- und flüssigkeitsdicht verbunden sind.

Wellengelenkkupplungen der vorgenannten Art werden vor allem im Kraftfahrzeugbau verwendet. Für ein Kraftfahrzeug mit einer Einzelradaufhängung werden, gleichgültig ob man die Vorder- oder die Hinterräder antreibt, vier solcher Wellengelenkkupplungen benötigt. Da schon der Ausfall einer Wellengelenkkupplung den Ausfall des ganzen Kraftfahrzeuges und eine teure Reparatur zur Folge hat und da feststeht, daß die meisten Schäden an Wellengelenkkupplungen Folgeschäden von undicht gewordenen Dichtungsmanschetten sind, wurden verschiedene Ausf üh- rungsformen von Dichtungsmanschetten auf ihre Funktionstüchtigkeit hin untersucht. Diese Untersuchungen, die sich sowohl auf die Analyse von im praktischen Fahrbetrieb aufgetretenen Schaden als auch auf die Beobachtung von Prüfstandsversuchen erstreckten, ergeben, daß die heutigen Ausführungsformen von Dichtungsmanschetten folgende Nachteile haben:

a) Wenn auch bereits andere Methoden bekanntgeworden sind, so benutzt man in der Automobil-Industrie zur Verbindung des äußeren Endes der Dichtungsmanschette mit dem äußeren Kupplungsteil und zur Verbindung des inneren Endes der Dichtungsmanschette mit der Welle doch fast ausschließlich nur Spannbänder. Abgesehen davon, daß eine luft- und flüssigkeitsdichte Verbindung nur dann zustande kommt, wenn bei der Montage der Spannbänder ein gewisses Maß an Sorgfalt aufgewendet wird, ergibt sich bei dieser Art der Verbindung noch eine andere Schwierigkeit. Im Gegensatz zum äußeren Kupplungsteil, dessen Außendurchmesser groß ist, hat die Welle nur einen sehr kleinen Außendurchmesser, so daß infolge des sehr kleinen Krümmungsradius des Spannbandes bei der Verbindung des inneren Endes der Dichtungsmanschette mit der Welle eine hohe Ausschußquote zustande kommt.

b) Die luft- und flüssigkeitsdichte Verbindung des inneren Endes der Dichtungsmanschette mit der Welle erfolgt relativ weit entfernt vom Mittelpunkt der Wellengelenkkupplung und zwar in einem Abstand, der zwischen 70 und 110 Millimetern liegt. Da Wellengelenkkupplungen bei Kraftfahrzeugen mit einem Hinterradantrieb bis zu 20° und im Falle eines Vorderradantriebes sogar bis zu 45° gebeugt werden, ergeben sich durch diesen großen Abstand entsprechend große Deformationen der Dichtungsmanschette. Diese großen Deformationen erleiden die Dichtungsmanschetten während des Rotierens mit hohen Drehzahlen und infolge ihrer exponierten Lage an der Unterseite des Kraftfahrzeuges auch unter besonders schlechten Umgebungsbedingungen. Sie sind nicht nur der Wärmestrahlung von Motor, Getriebe, Achsantrieb und Bremsen ausgesetzt, sondern sie werden auch von Nässe, Schnee und Eis angegriffen und unterliegen schließlich beim Befahren von unbefestigten Straßen einem ständigen Beschüß von Staub-, Sandünd Schotterteilchen, die von den Rädern aufgewirbelt werden. Diese Umstände und die Tatsache, daß die für die Herstellung von Dichtungsmanschetten verwendeten Werkstoffe empfindlich gegen Hitze und Kälte sind, führen zu dem durch die Praxis erhärteten Schluß, daß es sehr nachteilig ist, Dichtungsmanschetten so lang zu machen, wie es heute üblich ist, weil mit dem Größerwerden der Oberfläche die Gefahr einer Beschädigung der Dichtungsmanschette proportional zunimmt. Nachdem aber die Länge der heute üblichen Dichtungsmanschetten eine Folge der Bemühungen ist, ihre Verformbarkeit so zu verbessern, daß sie die großen Deformationen erleiden können, die hauptsächlich infolge des großen Abstandes zwischen Gelenkmittelpunkt und Spannband an der Welle entstehen, muß auch die heute übliche Art der Verbindung zwischen dem inneren Ende der Dichtungsmanschette und der Welle als sehr nachteilig bezeichnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsmanschette zu schaffen, die frei von den vorgenannten Nachteilen und so gestaltet ist, daß sie noch eine zusätzliche Funktion übernehmen kann, für die bis jetzt ein gesondertes Konstruktionselement notwendig ist, so daß auch Preiseinsparungen erzielt werden können. __

ORIGINAL INSPECTED

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am inneren Kupplungsteil, wie an sich bekannt, auf der Welle ein Befestigungselement so angebracht ist, daß die luft- und flüssigkeitsdichte Verbindung der Dichtungsmanschette mit der Welle durch das axiale Zusammendrücken der Verdickung des inneren Endes der Dichtungsmanschette gegen einen Bund der Welle zustande kommt, und daß die elastische Verdickung am inneren Kupplungsteil direkt oder indirekt so angeordnet ist, daß sie allseitig unter Spannung steht. Das die elastische Verdickung umgebende Teil am inneren Kupplungsteil ist hierbei so ausgebildet, daß für die elastische Verdickung an mindestens einer Stelle ein Hohlraum vorgesehen ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die luft- und flüssigkeitsdichte Verbindung des inneren Endes der Dichtungsmanschette mit der Welle ganz nahe an den Mittelpunkt der Wellengelenkkupplung gerückt werden kann, und daß diese Verbindung ohne ein Spannband und ohne den Aufwand einer besonderen Sorgfalt bei der Montage sicherer und schneller als jetzt zustande kommt. Infolge des kleinen Abstandes zwischen der Verbindungsstelle der Dichtungsmanschette mit der Welle und dem Gelenkmittelpunkt ergeben sich zwei Vorteile. Einmal erleidet die Dichtungsmanschette auch bei großen Beugungswinkeln nur kleine Deformationen, und zum anderen entsteht auf einfache Weise eine an sich bereits bekannte innere und damit geschützt liegende Verlängerung der Dichtungsmanschette, durch die ihre Verformbarkeit so verbessert wird, daß die gefährdete äußere Partie der Dichtungsmanschette sehr kurz gehalten werden kann. Hierdurch kommt neben einer bis jetzt nicht erreichten langen Lebensdauer außerdem noch der Vorteil zustande, daß mehr Platz für die Unterbringung der Schraubenfedern für die Abfederung der einzeln aufgehängten Räder und die hydraulischen Teleskopschwingungsdämpfer, die zur Erzielung eines möglichst großen Fahrkomforts immer großvolumiger werden, gewonnen wird. Im Falle eines Kraftfahrzeuges mit Hinterradantrieb kann die gefährdete äußere Partie einer erfindungsgemäßen Dichtungsmanschette fast auf ein Drittel der heute üblichen Länge gekürzt werden, wodurch die von den schlechten Umgebungsbedingungen verursachten Schäden entsprechend verringert werden können. Da Dichtungsmanschetten gemäß der Erfindung trotz dieser Kürze infolge ihrer großen Verformbarkeit und der kleinen Deformationen weniger beansprucht sind als die bis jetzt bekanntgewordenen Ausführungsformen, kann eine lange Lebensdauer auch bei Verwendung billiger Werkstoffe und damit eine Preiseinsparung erzielt werden. Hierzu kommt noch die Preiseinsparung, die durch den Wegfall des Spannbandes am inneren Ende der Dichtungsmanschette erzielt wird, und die Einsparung an Arbeitszeit für die ein gewisses Maß an Sorgfalt erfordernde Montage von vier Spannbändern pro Kraftfahrzeug. Eine weitere nicht unwesentliche Preiseinsparung wird dadurch erzielt, daß Dichtungsmanschetten gemäß der Erfindung in der Lage sind, eine Funktion zu erfüllen, für die bis jetzt ein gesondertes Konstruktionselement aufgewendet wird. Dieses Konstruktionselement besteht in einer Tellerfeder, welche das innere Kupplungsteil zur Vermeidung von Klappergeräuschen mit einer starken Vorspannung gegen den am Ende der Welle befindlichen geschlitzten und federnden Ring drückt. Da die elastische Verdickung am inneren Ende der Dichtungsmanschette zusammen mit dem aus einem festen Werkstoff bestehenden Gehäuse und den Hohlräumen, die zwischen dem festen Gehäuse und der elastischen Verdickung vorgesehen sind, eine ideale Druckfeder mit einem großen Arbeitsvermögen ergibt, wird dieses gesonderte Konstruktionselement, von dem heute vier Stück pro Kraftfahrzeug aufgewendet werden, eingespart. Bei einem jetzt in großen Stückzahlen gefertigten Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb werden am radseitigen Gelenk sogar zwei Tellerfedern aufgewendet; hier könnten pro Fahrzeug also sechs Tellerfedern eingespart werden.

Bei der Würdigung des Standes der Technik sei die deutsche Offenlegungsschrift 2061223 genannt, weil in ihrer Zeichnung eine Dichtungsmanschette dargestellt ist, deren durch die schlechten Umgebungsbedingungen gefährdete äußere Partie sehr kurz ist und die eine innere und damit geschützt liegende Verlängerung aufweist. Durch diese Offenlegungsschrift wird aber das Wesentliche der erfindungsgemäßen Abdichtung nicht berührt, weil die hier angewendeten Mittel zur Verbindung des inneren Endes der Dichtungsmanschette mit der Welle ganz anders geartet sind. Auch die vorgenannten Hauptvorteile einer erfindungsgemäßen Abdichtung, wie beispielsweise die Einsparung an Montagezeit durch den Wegfall des Spannbandes, die Kosteneinsparung durch den Wegfall des Federelementes und schließlich das automatisehe Zustandekommen einer wirklich sicheren Abdichtung mit Hilfe eines ohnehin vorhandenen Befestigungselementes für die lösbare Verbindung des inneren Kupplungsteiles mit der Welle, können nicht erreicht werden.

Als Stand der Technik sei weiterhin das in der Schweiz erteilte Patent Nr. 333 637 gewürdigt, weil es eine Dichtungsmanschette zeigt, die ohne die Verwendung eines Spannbandes mit der Welle axial fest verbunden ist. Aber auch durch diese Ausführungsform wird das Wesentliche der Erfindung nicht vorweggenommen. Die Mittel zur Verbindung des inneren Endes der Dichtungsmanschette mit der Welle sind anders geartet und ergeben auch keine so feste und sichere Abdichtung. Außerdem ist die Gesamtkonstruktion der Abdichtung der Wellengelenkkupplung kompliziert, teuer und wegen der Vielzahl der Teile auch störanfällig.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Wellengelenkkupplung gemäß der Erfindung, bei der die zur Übertragung des Drehmomentes vom äußeren auf das innere Kupplungsteil vorgesehenen Wälzkörper als Rollen ausgebildet sind, in Strecklage, F i g. 2 eine Wellengelenkkupplung nach F i g. 1 in gebeugtem Zustand und einer axialen Verschiebung des inneren Kupplungsteiles gegenüber dem äußeren, F i g. 3 in stark verkleinerter und schematischer

Darstellung einen Hinterradantrieb für ein Kraftfahrzeug mit Einzelradaufhängung mit vier erfindungsgemäßen Wellengelenkkupplungen nach F i g. 1,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus F ig. 1 in vergrößerter Darstellung,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch eine Wellengelenkkupplung gemäß der Erfindung mit einer in zwei verschiedenen Ausführungsformen dargestellten Dichtungsmanschette, bei der die zur Übertragung des Drehmomentes vom äußeren auf das innere Kupp-

lungsteil vorgesehenen Wälzkörper als Kugeln ausgebildet sind, für besonders große Beugungswinkel, wie sie für den Vorderradantrieb von Kraftfahrzeugen radseitig erforderlich sind,

Fig.6 einen Längsschnitt durch eine Wellengelenkkupplung gemäß der Erfindung, bei der das innere Kupplungsteil gegenüber dem äußeren axial verschiebbar ist und bei der die zur Übertragung des Drehmomentes vorgesehenen Wälzkörper kugelförmig ausgebildet sind,

Fig.7 in stark verkleinerter und schematischer Darstellung einen Vorderradantrieb für ein Kraftfahrzeug mit erfindungsgemäßen Wellengelenkkupplungen nach den F i g. 5 und 6.

Das äußere Kupplungsteil 4, von dem das Drehmoment auf das innere Kupplungsteil 5 mit Hilfe von rollenartig ausgebildeten Wälzkörpern 3 übertragen wird, ist auf der einen Seite mittels eines festen Dek-* kels 1 und auf der anderen mittels einer Dichtungsmanschette 10 aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, beispielsweise Gummi oder Polyurethan, so abgedichtet, daß das Schmiermittel weder ausfließen noch von außen her verunreinigt werden kann. Die Welle 12, welche das vom äußeren Kupplungsteil 4 in die Wellengelenkkupplung eingeleitete Drehmoment weiterleitet, ist mit dem inneren Kupplungsteil 5 über die Verzahnung 6 und den geschlitzten und federnden Ring 2 lösbar verbunden. Die luft- und flüssigkeitsdichte Verbindung der Dichtungsmanschette 10 mit der Welle 12 kommt durch das axiale Zusammendrücken der Verdickung 7 am inneren Ende der Dichtungsmanschette 10 zustande. Da diese Verdickung 7 aus einem elastisch verformbaren Werkstoff besteht und da ihr Außendurchmesser 9 in einer Bohrung 16 eingebettet ist, die zusammen mit der Welle 12 und der Stirnwand 13 ein Gehäuse aus einem festen Werkstoff, beispielsweise Stahl, bildet, welches die elastische Verdickung 7 allseitig umgibt, entsteht durch dieses axiale Zusammendrücken, bei dem mit Hilfe des inneren Kupplungsteiles 5 die elastische Verdickung 7 gegen den Bund 11 der Welle 12 gedrückt wird, nicht nur eine luft- und flüssigkeitsdichte Verbindung, sondern auch eine ideale Druckfeder mit einem großen Arbeitsvermögen. Die kegelige Fläche 13 des festen Gehäuses drückt den Innendurchmesser der elastischen Verdickung 7 fest an die Welle 12. Die Hohlräume 14, 15 ermöglichen nicht nur das Zusammendrücken des elastisch verformbaren Werkstoffes, sondern sie dienen auch zur Erzielung der gewünschten Federkennlinie, die durch die Anzahl, die Größe und die Lage der Hohlräume 14, 15 beliebig beeinflußt werden kann. Das Maß 8 zeigt, wie kurz die gefährdete äußere Partie der Dichtungsmanschette 10 ist, und die F i g. 2 läßt erkennen, wie klein die Deformation ist, welche die Dichtungsmanschette 10 infolge des Heranrückens ihrer inneren Abdichtungsstelle an den Gelenkmittelpunkt erleidet.

Das äußere Kupplungsteil 17, von dem das Drehmoment auf das innere Kupplungsteil 19 mit Hilfe von kugelförmig ausgebildeten Wälzkörpern 20 übertragen wird, ist auf der einen Seite verschlossen und auf der anderen mittels einer elastisch verformbaren Dichtungsmanschette 21 abgedichtet. Da das innere Kupplungsteil 19 Ausnehmungen aufweist, erfolgt die Bildung des festen Gehäuses, welches die elastische Verdickung 23 allseitig umgibt, mit Hilfe des metallenen Ringes 22. Die elastische Verdickung 23 drückt das innere Kupplungsteil 19 wie eine vorgespannte Druckfeder gegen den geschlitzten und federnden Ring 18 und verbindet gleichzeitig das innere Ende der Dichtungsmanschette 21 luft- und flüssigkeitsdicht mit der Welle 25, welche zu diesem Zweck mit einem Bund 24 versehen ist. Das Maß 27 für den Abstand von der Mitte der voll eingeschlagenen Welle 24 bis zur kegeligen Fläche am äußeren Kupplungsteil 17 bestimmt die Größe des Beugungswinkels der Wellengelenkkupplung. Zur Erzielung eines besonders großen Beugungswinkels von mehr als 45° wird zwischen die elastische Verdickung 23 der Dichtungsmanschette 28 und das innere Kupplungsteil 19 ein metallenes Distanzstück 26 mit einem möglichst kleinen Außendurchmesser gesetzt.

Das äußere Kupplungsteil 33, von dem das Drehmoment auf das innere Kupplungsteil 34 wieder mit Hilfe von kugelförmig ausgebildeten Wälzkörpern 20 übertragen wird, ist auf der einen Seite mittels eines festen Deckels und auf der anderen mittels einer elastisch verformbaren Dichtungsmanschette 29 abgedichtet. Das feste Gehäuse, welches die elastische Verdickung 32 der Dichtungsmanschette 29 allseitig umgibt, wird mit Hilfe des metallenen Ringes 31 gebildet. Der Bund 30 der Welle 25, der auch ein Teil dieses festen Gehäuses ist, hat eine gekrümmte Fläche, welche die gleiche Funktion ausübt, wie die kegelige Fläche 13 des festen Gehäuses nach Fig. 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Abdichtung für eine Wellengelenkkupplung mit einem äußeren und einem inneren Kupplungsteil, zwischen denen Wälzkörper zur Übertragung des Drehmomentes vorgesehen sind, einer Welle, die mit dem inneren Kupplungsteil lösbar verbunden ist, und einer Dichtungsmanschette aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, deren Enden verdickt und mit den zugeordneten Kupplungsteilen luft- und flüssigkeitsdicht verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daßaminneren Kupplungsteil (5, 19, 34), wie an sich bekannt, auf der Welle (12, 25) ein Befestigungselement (2, 18) so angebracht ist, daß die luft- und flüssigkeitsdichte Verbindung der Dichtungsmanschette (10, 21, 28, 29) mit der Welle durch das axiale Zusammendrücken der Verdickung (7, 23, 32) des inneren Endes der Dichtungsmanschette gegen einen Bund (11,24, 30) der Welle zustande kommt und daß die elastische Verdickung am inneren Kupplungsteil direkt oder indirekt so angeordnet ist, daß sie allseitig unter Spannung steht.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die elastische Verdickung (7, 23, 32) umgebende Teil (16, 22, 26, 31) am inneren Kupplungsteil (5, 19, 34) so ausgebildet ist, daß für die elastische Verdickung an mindestens einer Stelle ein Hohlraum (14, 15) vorgesehen ist.