DE69409696T2

DE69409696T2 - Zapfengelenk für Kraftfahrzeugwischerverbindung

Info

Publication number: DE69409696T2
Application number: DE69409696T
Authority: DE
Inventors: Ian Shepherd
Original assignee: Nissan Technical Centre Europe Ltd
Current assignee: Nissan Technical Centre Europe Ltd
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1994-02-18
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2014-02-19
Also published as: EP0612927A1; EP0612927B1; ES2115876T3; GB9303877D0; JPH0747929A; DE69409696D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zapfengelenk, insbesondere für ein Fahrzeugwischergestänge.
Bei einem Kraftfahrzeug ist mindestens ein Windschutzscheiben-Wischer vorgesehen, der von einem Elektromotor über ein geeignetes Gestänge angetrieben wird. Ähnliche Wischer können zum Beispiel für das Heckfenster und/oder die Scheinwerfer vorgesehen sein. In jedem Fall ist der für die Aufnahme des Elektromotors und des Gestänges verfügbare Platz begrenzt, so daß es gewöhnlich unmöglich ist, die Zapfenachsen des Gestänges parallel und koplanar anzuordnen. Daher ist es notwendig, Zapfengelenke vorzusehen, die zwei Teile aufweisen, die relativ zueinander schwingen können.
Die Figuren 1 und 2 geben ein bekanntes schwingendes Zapfengelenk wieder, das zwischen zwei Armen 1, 2 eines Fahrzeugwischergestänges angeordnet ist. Das Gelenk ist ein Kugelgelenk, das ein inneres Element (oder eine Kugel) 3 aufweist, das an einem Arm 1 befestigt ist und eine Zapfenachse 4 hat, und ein äußeres Element (oder eine Kappe) 6 aufweist, das an dem anderen Arm 2 befestigt ist und um einen Mittelpunkt 7 schwingen kann. Ein eingeschlossener Raum 8 zwischen den Elementen 3, 6 ist mit Fett gefüllt. Eine ringförmige Dichtung 9 mit einem im allgemeinen C-förmigen radialen Querschnitt ist auf einem zylindrischen Bereich 11 der Kappe 6 dicht angebracht. Die elastisch flexible Dichtung 9 ist zwischen den Armen 1, 2 komprimiert, und ihr freier Randbereich 12 läuft auf dem Arm 1, wenn die Kappe 6 um die Achse 4 geschwenkt wird. Infolge der Vorkompression wird der Kontakt zwischen dem Randbereich 12 und dem Arm 1 aufrechterhalten, wenn die Kappe 6 um den Mittelpunkt 7 schwingt. Der Zweck der Dichtung 9 ist, das Eindringen von Material zu verhindern, das an der Grenzfläche zwischen den Elementen 3, 6 Abrieb verursachen könnte, und auch, das Entweichen von Fett zu verhindern.
Bisher wurde das oben beschriebene Kugelgelenk als zufriedenstellend angesehen. Bei längerem Testen eines Fahrzeugwischergestänges, das solche Kugelgelenke umfaßt, ergab sich jedoch das Problem eines zunehmend geräuschvollen Betriebs des Gestänges. Eine Untersuchung des getesteten Gelenks ergab, daß das zunehmende Geräusch auf eine Verschlechterung der durch das Fett bewirkten Schmierung zurückzuführen war. Wie festgestellt wurde, wurde dies dadurch verursacht, daß die vorhandene Dichtung das Eindringen von Wasser in das Kugelgelenk nicht in genügender Weise verhindert, und daß dieses Wasser das Fett verschlechtert und auch immer mehr wegspült. Während der Schwingung der Kappe 6 (siehe Figur 2) verursacht die Kompression einer Seite der Dichtung 9 eine Beschränkung der erforderlichen Expansion der entgegengesetzten Seite, so daß der Randbereich 12 örtlich den abdichtenden Kontakt mit der Oberfläche des Arms 1 verliert (wobei der Effekt in der Figur 2 übertrieben ist). Folglich kann Wasser (das gewöhnlich während des normalen Betriebs eines Fahrzeugwischersystems zugegen ist) periodisch in die Dichtung 9 eindringen. Dieses Problem ist besonders auffallend, wenn die Gestängeanordnung einen größeren Schwingungswinkel zwischen dem Arm 1 und der Kappe 6 erfordert.
Was gewünscht wird, ist ein Zapfengelenk, bei dem dieses Problem vermieden wird, oder zumindest vermindert ist.
In US-A-2934350 wird ein Zapfengelenk für eine Fahrzeugradaufhängung angegeben, das ein inneres und ein äußeres Element aufweist, die ineinander eingreifen, wobei das innere Element einen teilweise sphärischen Kopf und einen Hals hat, und eine ringförmige Dichtung aufweist, die das innere Element umschließt, wobei das Gelenk einen Mittelpunkt hat, um den die Elemente relativ zueinander geschwenkt werden können und schwingen können, wobei die ringförmige Dichtung einen peripheren Wandbereich und einen Basisbereich hat, die einen Rotationskörper von im allgemeinen L-förmigem Querschnitt bilden, wobei das äußere Element eine äußere ringförmige Abdichtungsoberfläche hat, über die der periphere Randbereich der ringförmigen Dichtung während der relativen Schwingung der Elemente bei innigem Kontakt gleitet, wobei der periphere Randbereich innerhalb des vorgegebenen Schwingungsbereichs des Gelenks über seine ganze Umfangslänge in abdichtendem Kontakt mit der ringförmigen Abdichtungsoberfläche bleibt.
Ein ähnliches Zapfengelenk ist aufgrund von DE-C-966855 bekannt, wo der Basisbereich eine innere Lippe hat, die sich zu dem äußeren Element hin erstreckt und in innigem Kontakt mit dem Hals steht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Zapfengelenk für ein Fahrzeugwischergestänge vorgeschlagen, wie in dem Patentanspruch 1 festgelegt ist.
Die Erfindung wird nun mittels eines Beispiels beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen: Die Figur 1 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines bekannten Zapfengelenks.
Die Figur 2 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, des bekannten Zapfengelenks, in einem Zustand, in dem ein Teil des Gelenks relativ zu dem anderen geneigt ist.
Die Figur 3 ist eine Seitenansicht einer Fahrzeug-Windschutzscheibenwischer-Antriebsanordnung.
Die Figuren 4 bis 6 geben Teile der Antriebsanordnung im Grundriß wieder.
Die Figuren 7 und 8 sind Vorderansichten, die den Figuren 5 bzw. 6 entsprechen.
Die Figur 9 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines einzelnen Zapfengelenks der Antriebsanordnung, in einem vergrößerten Maßstab.
Die Figur 10 ist eine ähnliche Ansicht wie die Figur 9, wobei jedoch die Teile des Gelenks relativ zueinander geneigt sind.
Die Figur 11 ist eine fragmentarische schematische Ansicht eines modifizierten Zapfengelenks.
Die Figur 12 ist eine explodierte Darstellung, teilweise im Schnitt, eines doppelten Zapfengelenks, wobei die Dichtungen nicht wiedergegeben sind.
Zunächst wird auf die Figuren 3 bis 8 Bezug genommen, wo eine Fahrzeug-Windschutzscheibenwischer-Antriebsanordnung veranschaulicht ist, die zwei Bolzen 21, 22 hat, auf denen Wischerarme (nicht wiedergegeben) befestigt werden sollen, und die bei Hin- und Herdrehung durch einen Elektromotor 23 mittels eines Gestänges 24 angetrieben werden. Der Motor 23 treibt ein Untersetzungsgetriebe 26 an, dessen Ausgangswelle einen Kurbelarm 27 antreibt, der über ein erstes Zapfengelenk 28 mit einem Ende eines Verbindungsarms 29 verbunden ist, dessen anderes über ein zweites Zapfengelenk 31 mit einem Kurbelarm 32 verbunden ist, auf dem der Bolzen 21 starr befestigt ist. Der Kurbelarm 32 ist außerdem über ein drittes Zapfengelenk 33 (das mit dem zweiten Zapfengelenk 32 ein Doppeldeck- Zapfengelenk bildet) mit einem Ende eines Verbindungsarms 34 verbunden, dessen anderes Ende über ein viertes Zapfengelenk 36 mit einem Kurbelarm 37 verbunden ist, auf dem der Bolzen 22 starr befestigt ist. Das erste und zweite Gelenk 28, 31 sind einander ähnlich und größer als das dritte und vierte Gelenk 33, 36, die ebenfalls einander ähnlich sind. Die ineinander eingreifenden Teile der Doppeldeck-Gelenke (31/33) sind in der Figur 12 wiedergegeben. Das erste Gelenk 28 ist in den Figuren 9 und 10 wiedergegeben.
In der Figur 9, auf die nun Bezug genommen wird, weist das Zapfengelenk ein inneres Element in Form eines vernickelten Stahlkugelelements 41 auf, das einen teilweise sphärischen Kopf 42 hat, der über einen Hals 43 mit einem Kragen 44, der mittels eines eingepreßten Bolzens 46 auf dem Kurbelarm 27 befestigt ist, glatt verbunden ist. Das Kugelelement 41 definiert eine Zapfenachse 47, bezüglich der das Kugelelement 41 rotationssymmetrisch ist, und es ist in ein äußeres Element in Form einer Kappe 51 eingepaßt, das aus Polyamid oder einem anderen geeigneten Kunststoff besteht. Die Kappe 51 ist auf dem Ende des Verbindungsarms 29 preßgeformt, und definiert einen Hohlraum, der eine teilweise sphärische Oberfläche 52 und einen mit Schmierfett gefüllten Raum 53 hat. Die teilweise sphärische Oberfläche 52 und der teilweise sphärische Kopf 42 stehen in innigem Gleitkontakt und haben einen gemeinsamen Mittelpunkt 54, um den die zwei Elemente 41, 51 über einen Winkel von mindestens 20º und höchstens 25º, der durch eine Anschlagverlängerung 48 auf dem Kopf 42 begrenzt wird, relativ zueinander schwingen können.
Eine elastisch flexible, ringförmige Dichtung 61 aus synthetischem Gummi umschließt das Kugelelement 41 und steht in innigem Kontakt mit den beiden Elementen 41, 51. Die Dichtung 61 besteht aus einem Rotationskörper von im allgemeinen L-förmigem, spitzwinkligem Querschnitt, mit einer peripheren Wand 62 und einer Basis 63. Eine Lippe 64 auf dem inneren peripheren Rand der Basis 63 erstreckt sich zu der Kappe 51 hin und steht in Reibungskontakt mit der gekrümmten Oberfläche des Halses 43, so daß die Dichtung 61 dazu neigt, sich mit dem Kugelelement 41 um die Achse 47 zu drehen, wenn die Arme 27, 29 um diese Achse geschwenkt werden, aber die Lippe kann während der Schwingung des Verbindungsarms 29 um den Mittelpunkt 54 bezüglich des Halses 43 frei gleiten, wenn dies notwendig ist. Der obere Randbereich 66 der Dichtung 61 ist verbreitert (wodurch die Abdichtung verbessert wird) und hat einen verrundeten Querschnitt (wodurch das Gleiten erleichtert wird). Der Bereich 66 steht in frei laufendem, abdichtendem Kontakt mit einer ringförmigen Abdichtungsoberfläche auf der Kappe 51, wobei diese Abdichtungsoberfläche eine konisch zulaufende Oberfläche 56 und eine äußere Verlängerung 57 aufweist. Die Oberfläche 56 ist eine teilweise sphärische Oberfläche, deren Mittelpunkt im wesentlichen mit dem Mittelpunkt 54 zusammenfällt. Wenn der Verbindungsarm 29 bei Drehung des Kurbelarms 27 relativ zu dem Kurbelarm 27 geneigt wird, schwingt die Kappe 51 relativ zu dem Kugelelement 41 um den Mittelpunkt 54, wie in der Figur 10 gezeigt ist. Auf einer Seite der Achse 47 verläßt der verbreiterte Dichtungsrandbereich 66 den Kontakt mit der Oberflächenverlängerung 57 der Kappe 51 und dann gleitet er auf der konisch zulaufenden Oberfläche 56. Auf der entgegengesetzten Seite der Achse 47 wird die Dichtung 61 durch die Oberflächenverlängerung 57 nach unten gedrückt. Dieser Druck bewirkt leicht, daß sich die Dichtungswand 62 zu der Basis 63 hin durchbiegt, der äußere Rand der Basis 63 abgesenkt wird, und eventuell der obere Randbereich 66 nach außen bewegt wird (wobei diese Bewegung durch einen Rand 58 begrenzt wird). Die Dichtung 61 bleibt innerhalb des Schwingungsbereichs des Verbindungsarms 29 um den Mittelpunkt 54 über ihre ganze Umfangslänge in abdichtendem Kontakt mit der ringförmigen Abdichtungsoberfläche (56/57) und dem Hals 43.
Folglich weist das oben beschriebene Zapfengelenk den Vorteil auf, daß zu keinem Zeitpunkt während seines Betriebszyklus die Dichtung einen Weg für das Eindringen von Wasser freigibt. Da die Richtung über ihre Kontaktoberfläche mit der Kappe frei laufen kann, kann außerdem ein großer Schwingungsbereich zugelassen werden, wodurch eine große Freiheit beim Entwurf des Gestänges erhalten wird, und der Konstrukteur den verfügbaren Platz besser ausnutzen kann.
Innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Zum Beispiel kann, wie in der Figur 11 gezeigt ist, der Rand 58 bei der Kappe 51 weggelassen werden; auch die Oberflächenverlängerung 57 kann ein wenig abgeschrägt werden.
Wie oben erwähnt wurde, sind die Zapfengelenke 31, 33 und 36 dem Zapfengelenk 28 ähnlich, wobei die Gelenke 33 und 36 kleiner sind (z.B. Kugel mit 12 mm anstatt 16 mm Durchmesser). Wie in der Figur 12 gezeigt ist, können die (auf demselben Kurbelarm 32 angebrachten) zwei Kugelelemente 41, 41' der Gelenke 31 und 33 integral miteinander verbunden werden, da sie auf derselben Achse ausgerichtet sind, so daß nur ein einziger Bolzen 46 (mit einem größeren Durchmesser als das Kugelelement 41') erforderlich ist.

Claims

1. Zapfengelenk (28) für ein Fahrzeugwischergestänge (24), mit einem inneren und einem äußeren Element (41, 51), die ineinander eingreifen, wobei das innere Element (41) einen teilweise sphärischen Kopf (42) hat, der durch einen Hals (43) mit einem Kragen (44) glatt verbunden ist, und einer ringförmigen Dichtung (61), die das innere Element (41) umschließt, wobei das Gelenk (28) einen Mittelpunkt (54) hat, um den die Elemente (41, 51) relativ zueinander geschwenkt werden können und schwingen können, die ringförmige Dichtung (61) einen peripheren Wandbereich (62) und einen Basisbereich (63) hat, die einen Rotationskörper (62, 63) von im allgemeinem L-förmigem, radialem Querschnitt bilden, der L-förmige Querschnitt einen spitzen Winkel hat, das äußere Element (51) eine äußere, ringförmige Abdichtungsoberfläche (56, 57) hat, über die der periphere Wandbereich (62) der ringförmigen Dichtung (61) während der relativen Schwingung der Elemente (41, 51) bei innigem Kontakt gleitet, der periphere Wandbereich (62) innerhalb des vorgegebenen Schwingungsbereichs der Dichtung (28) über seine ganze Umfangslänge in abdichtendem Kontakt mit der ringförmigen Abdichtungsoberfläche (56, 57) bleibt, der Basisbereich (63) der ringförmigen Dichtung (61) gegen den Kragen (44) drückt und sich nach außen über den Kragen (44) hinaus erstreckt, der Basisbereich (63) eine innere Lippe (64) hat, die sich zu dem äußeren Element (51) hin erstreckt und in innigem Reibungskontakt mit dem Hals (43) steht, und die Lippe (64) bezüglich des Halses (43) frei gleiten kann.

2. Gelenk gemäß Anspruch 1, wobei die ringförmige Abdichtungsoberfläche (56, 57) eine ringförmige, im wesentlichen teilweise sphärische Oberfläche (56) aufweist, die einen Mittelpunkt hat, der mit dem Schwingungsmittelpunkt (54) im wesentlichen zusammenfällt.

3. Gelenk gemäß Anspruch 2, wobei die ringförmige Abdichtungsoberfläche (56, 57) eine mit der teilweise sphärischen Oberfläche (56) verbundene, ringförmige äußere Verlängerung (57) umfaßt.

4. Gelenk gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das äußere Element (51) bei dem Umfang der ringförmigen Abdichtungsoberfläche (56, 57) einen Rand (58) hat.

5. Gelenk gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der periphere Wandbereich (62) der ringförmigen Dichtung (61) einen verbreiterten Randbereich (66) hat, der in Kontakt mit der ringförmigen Abdichtungsoberfläche (56, 57) steht.

6. Gelenk gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das äußere Element (51) eine teilweise sphärische innere Oberfläche (52) hat, die im Eingriff mit dem teilweise sphärischen Kopf (42) des inneren Elements (41) steht.

7. Gelenk gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das innere Element (41) aus Metall besteht.

8. Gelenk gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das äußere Element (51) aus Kunststoff besteht.

9. Gelenk gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der vorgegebene Schwingungsbereich mindestens 200 beträgt.

10. Gelenk gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der vorgegebene Schwingungsbereich höchstens 250 beträgt.

11. Gelenk gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, das ein weiteres Elementpaar aus einem inneren und äußeren Element, die ineinander eingreifen, mit einer ringförmigen Dichtung aufweist, wobei die zwei inneren Elemente (41, 41') miteinander verbunden sind und auf derselben Zapfenachse (47) ausgerichtet sind.