DE102006013047A1

DE102006013047A1 - Gelenk- und/oder Lageranordnung

Info

Publication number: DE102006013047A1
Application number: DE102006013047A
Authority: DE
Inventors: Frank Budde; Alfons Nordloh; Volker Grube; Jörg Niemeyer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-10-11
Also published as: WO2007110040A2; WO2007110040A3

Abstract

Eine Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) mit einem Gelenkzapfen (2), dessen Kopfbereich (3) gegenüber einer aufnehmenden Gelenkschale (4) beweglich ist, und mit einer im Bereich einer von einem die Gelenkschale (4) aufnehmenden Gehäuse (5) belassenen Durchtrittsöffnung für den Zapfen anschließenden Dichtungsmanschette (9), die mit der Gelenkschale (4) zu einer gemeinsamen, einstückigen Einheit geformt ist, wird so ausgebildet, dass die Dichtungsmanschette (9) an der Durchtrittsöffnung (6) des Gehäuses (5) dichtend anliegt.

Description

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 Zapfen aufweisen, der mit seinem Kopfbereich in einer Gelenkschale beweglich zu halten ist, wobei die Gelenkschale ihrerseits in einem Gehäuse aufgenommen und dort gegen Auszug gesichert ist, stellt sich die Schwierigkeit, dass das Gehäuseinnere mit den Grenzflächen zwischen Gehäuse und Gelenkschale einerseits und zwischen Gelenkschale und Kopfbereich andererseits abgedichtet sein muss, um damit einen Schutz gegen Verschmutzung zu bilden und ein Austreten von Schmiermittel zu verhindern.
Um die Dichtungsmanschette am Gehäuse zu sichern, ist es bekannt, einen Spannring vorzusehen, der die Dichtungsmanschette von außen umgreift und gegen den Rand des Gehäuses presst. Dadurch ist die Montage aufwendig.
Aus der DE 297 21 050 U1 ist es bekannt, die Dichtungsmanschette an die Lagerschale anzuformen. Dabei liegt jedoch die vergleichsweise starre Gelenkschale als gegen axiales Ausziehen sicherndes Element am die Durchtrittsöffnung des Zapfens begrenzenden Rand an, so dass hier, insbesondere bei Vibrationen, ein Spalt entsteht, durch den Feuchtigkeit in den Raum zwischen Gehäuse und Lagerschale eindringen kann.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei einer Ausbildung mit integral mit der Gelenkschale verbundener Dichtungsmanschette eine Verbesserung der Abdichtung zu erreichen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Gelenkanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die weiteren Ansprüche 2 bis 12 verwiesen.
Mit der Erfindung ist auch bei einer direkten Anformung der Dichtungsmanschette an die Gelenkschale durch die unmittelbare Anlage des Randes der Dichtungsmanschette an das Gehäuse ohne Zwischenschaltung der Gelenkschale eine Abdichtung zwischen Gehäuse und Gelenkschale ermöglicht.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Dichtungsmanschette in ihrem dichtend anliegenden Abschnitt von einem Teil der Gelenkschale dichtend an den Randbereich der Durchtrittsöffnung gepresst ist. Dadurch ergibt sich die verbesserte Dichtwirkung nicht nur aus der elastischen Deformierbarkeit des Materials der Dichtungsmanschette, sondern zusätzlich aus dieser Presskraft auf das weiche Material.
Sofern die Gelenkschale an der Durchtrittsöffnung für den Zapfen einen mit einer radialen Komponente auswärts weisenden und axial in Richtung des Gehäuses von der Dichtungsmanschette hintergriffenen Haltebereich aufweist, ist damit eine axiale Kraftbeaufschlagung des Randes der Dichtungsmanschette in Richtung des Gehäuses möglich.
Sofern die Gelenkschale an der Durchtrittsöffnung für den Zapfen einen mit einer axialen Komponente vom Gehäuse weg weisenden und radial außen von der Dichtungsmanschette hintergriffenen Haltebereich aufweist, ist damit eine radial nach außen drückende Kraftbeaufschlagung des Randes der Dichtungsmanschette in Richtung des Gehäuses möglich.
Insbesondere kann der Haltebereich eine Schrägstellung aufweisen, um damit sowohl axial als auch radial eine Kraft im Anlagesinne der Dichtungsmanschette an das Gehäuse auszuüben.
Dabei kann günstig die Dichtungsmanschette in ihrem am Randbereich der Durchtrittsöffnung anliegenden Ende eine radial auswärts weisende Anlagefläche an der Innenwandung des Gehäuses und/oder eine axial in Richtung des Kopfbereichs des Zapfens weisende Anagefläche an den senkrecht zur Zapfenachse liegenden Rand des Gehäuses ausbilden. Insbesondere können für eine gute Abdichtung kombiniert abgestuft sowohl die axiale als auch die radiale Anlage vorliegen.
Die Zuverlässigkeit der abdichtenden Anlage ist weiter erhöht, wenn die Dichtungsmanschette am Randbereich der Durchtrittsöffnung in eine Hinterschneidung der Gelenkschale eingreift.
Eine besonders gute Haltbarkeit der Gelenkschale mit Dichtungsmanschette im Gehäuse ergibt sich, wenn in einem Aufnahmebereich zwischen Gehäuse und Gelenkschale eine diese miteinander verklebende Masse befindlich ist. Damit kann auch ein Spannring oder dergleichen haltendes Element entbehrlich sein. Durch die eingebrachte klebende Masse ist auch ein Umbördeln oder dergleichen Umformung des Gehäuserandes entbehrlich. Die Herstellungskosten sinken dadurch deutlich. Im einfachsten Fall kann ein Gehäuse Verwendung finden, dessen Innenwände in axialer Richtung bis zum Rand ohne jede Nachbearbeitung geradlinig durchlaufen. Die klebende Masse kann sowohl Rotationsbewegungen als auch axiale Bewegungen verhindern.
Zusätzlich oder alternativ zur klebenden Masse kann vorteilhaft die Gelenkschale mit radial ausgreifenden Ringanformungen versehen und darüber in das Gehäuse eingepresst sein.
Sowohl für die Abdichtung als auch für eine stabile Halterung ist es günstig, wenn eine Ringanformung axial an den dichtenden Anlagebereich der Dichtungsmanschette direkt anschließt.
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:
1 eine schematische Übersichtszeichnung einer erfindungsgemäßen Gelenk- und/oder Lageranordnung mit einer direkt an die Gelenkschale angeformten Dichtungsmanschette,
2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils II auf die offene Seite der Gelenkschale vor ihrer Verbindung mit der Dichtungsmanschette.
Die im gezeichneten Ausführungsbeispiel dargestellte Gelenkanordnung 1 umfasst einen axial erstreckten Gelenkzapfen 2 mit einem erweiterten und beispielsweise durch eine im Wesentlichen kugelförmige Ausformung gebildeten Kopfbereich 3. Dieser kann in und gegenüber einer Gelenk- oder Lagerschale 4 beweglich gehalten sein, die ihrerseits zumindest radial außen teilweise von einem Gehäuse 5 umgeben ist. In der Zeichnung ist das Gehäuse 5 auf der der Zapfendurchtrittsöffnung 6 gegenüber gelegenen Seite von einem Deckelteil 7 verschlossen, wobei nach Einlegen des Deckelteils 7 die Randkante 8 durch Rollen, Bördeln oder dergleichen umgeformt ist, um das Deckelteil 7 zu sichern. Hier sind jedoch verschiedene Ausführungen möglich.
Die Gelenk- und/oder Lageranordnung 1 umfasst weiter eine Dichtungsmanschette 9, häufig als Dichtungsbalg ausgebildet, die im Bereich der von dem Gehäuse 5 belassenen Durchtrittsöffnung 6 für den Zapfen 2 an die Gelenkschale 4 anschließt und mit dieser zu einer gemeinsamen, einstückigen Einheit geformt ist. Beispielsweise sind die Gelenkschale 4 und die Dichtungsmanschette 9 im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt, mit dem unterschiedliche Materialien zu einer integralen Baueinheit zusammengeführt werden.
Die Dichtungsmanschette 9 ist aus einem gegenüber der Gelenkschale 4 weichen, elastisch deformierbaren Material gebildet, zum Beispiel aus weichem Polymermaterial wie etwa Chloroprenkautschuk, Naturkautschuk, thermoplastisches Elastomer auf Polyester-, Polyurethan- oder Polyolefinbasis.
Erfindungsgemäß liegt die Dichtungsmanschette 9 mit einem dem Gehäuse 5 zugewandten Randbereich 10 direkt und dichtend am Rand 11 der Durchtrittsöffnung 6 des Gehäuses 5 an. Ein Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit in den Spalt zwischen Gehäuse 5 und Gelenkschale 4 ist dadurch zuverlässig verhindert. Ein zusätzlicher Korrosionsschutz ist entbehrlich.
Für eine besonders zuverlässige und auch von Bewegungen oder Vibrationen des Gelenks 1 unbeeinträchtigte Abdichtung ist die Dichtungsmanschette in ihrem dichtend anliegenden Randbereich 10 dichtend an den Randbereich 11 der Durchtrittsöffnung 6 gepresst. Hier ist die Pressung durch Vorspannung durch einen als Haltebereich wirksamen Teil 12 der Gelenkschale 4 bewirkt.
Dieser Haltebereich 12 umläuft die Durchtrittsöffnung 6 für den Zapfen 2 und weist gemäß der Zeichnung eine radial auswärts weisende und eine axial vom Gehäuse 5 weg weisende Komponente auf. Damit ergibt sich eine Schrägstellung, so dass der Randbereich 10 der Dichtungsmanschette 9, der diesen Haltebereich hintergreift, einerseits axial in Richtung des Gehäuses 5 und andererseits radial auswärts in Richtung der Gehäuseinnenwandung eine Vorspannung erhält, die auf Lebenszeit ausgelegt sein kann.
Damit lässt sich für die Dichtungsmanschette 9 in ihrem am Randbereich 11 der Durchtrittsöffnung 6 anliegenden Ende 10 eine vorgespannte abgestufte und doppelte Anlage erreichen: Einerseits ist eine radial auswärts weisende Anlagefläche 13 der Dichtungsmanschette 9 an die Innenwandung des Gehäuses 5, andererseits eine axial in Richtung des Kopfbereichs 3 des Zapfens 2 weisende Anlagefläche 14 der Dichtungsmanschette 9 an den senkrecht zur Zapfenachse liegenden Rand 15 des Gehäuses 5 ausgebildet.
Für einen guten Halt der Dichtungsmanschette 9 am Randbereich 11 der Durchtrittsöffnung 6 und an der Gelenkschale 4 kann die Dichtungsmanschette auch in eine zum Beispiel umlaufende Hinterschneidung der Gelenkschale 4 – hier nicht gezeichnet – eingreifen.
Alternativ kann auch, wie hier dargestellt, die Gelenkschale 5 mit einer Vielzahl von über den Umfang verteilten Kanälen 16 versehen sein, durch die hindurch das Material der Dichtungsmanschette 9 angespritzt werden und damit eine intensive Verzahnung mit der Gelenkschale 4 erreichen kann.
Um die im Betrieb auftretenden axialen und radialen Kräfte abfangen zu können, ist ein fester Sitz der Gelenkschale 4 im Gehäuse 5 zu gewährleisten.
Hierfür kann zwischen Gehäuse 5 und Gelenkschale 4 eine diese miteinander verklebende Masse eingebracht werden, wobei diese Masse nicht zwingend an zum Beispiel dem POM oder anderem – eventuell durch Carbon-, Glas-, Aramidfasern oder Mineralien verstärkten – Thermoplast der Gelenkschale 4 haften muss. Diese kann statt dessen oder zusätzlich auch mit radial ausgreifenden Ringanformungen versehen und darüber in das Gehäuse eingepresst sein.
Dabei ist es insbesondere günstig, wenn eine erste Ringanformung axial an den dichtenden Anlagebereich 10 der Dichtungsmanschette 9 direkt anschließt.
Der Ringspalt zwischen den Ringanformungen ist über eine radial einwärts weisende Einspritzöffnung im Gehäuse 5 mit der (klebenden) Masse befüllbar. Zur Montage wird der Gelenkzapfen 2 mit seinem Kopfbereich 3 in die Gelenkschale 4 eingebracht, anschließend werden die so montierten Teile in das Gehäuse 5 eingesetzt. Dann kann in den Aufnahmebereich zwischen Gehäuse 5 und Gelenkschale 4 die diese miteinander verklebende Masse eingespritzt werden: Diese Masse wird dazu in flüssiger oder gelartiger Konsistenz durch die Einspritzöffnung unter Druck, zum Beispiel zwei bis drei bar, eingebracht, läuft in beiden Richtungen am Außenumfang der Lagerschale 4 im Aufnahmeraum zu einer gegenüberliegenden Öffnung – so lange, bis dort Masse austritt und damit anzeigt, dass der Ringspalt befüllt und keine Luft eingeschlossen ist.
Die Montage ist daher besonders schnell und kostengünstig. Vorrichtungen zur mechanischen Umformung des der Zapfendurchtrittsöffnung 6 zugewandten Gehäuserandes sind gänzlich entbehrlich. Die eingebrachte Masse ist aushärtbar und verändert dabei ihre Konsistenz in Richtung eines jedoch immer noch elastischen Festkörpers, was eine gute Beweglichkeit des Kopfbereichs 3 in der Gelenkschale 4 auch dauerhaft sichert.
Derartige Gelenk- und/oder Lageranordnungen 1 können in erfindungsgemäßer Ausbildung vorteilhaft insbesondere innerhalb von Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Die hohe Dichtigkeit und Beweglichkeit des Kopfbereichs 3 bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten erweisen sich dabei als sehr vorteilhaft.

1: Gelenk- oder Lageranordnung
2: Zapfen
3: Kopfbereich
4: Gelenkschale
5: Gehäuse
6: Durchtrittsöffnung
7: Deckelteil
8: Randkante
9: Dichtungsmanschette
10: Randbereich der Dichtungsmanschette
11: Randbereich der Durchtrittsöffnung
12: Haltebereich der Gelenkschale
13: Anlagefläche
14: Anlagefläche
15: Rand des Gehäuses
16: Kanäle der Gelenkschale

Claims

Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) mit einem Gelenkzapfen (2), dessen Kopfbereich (3) gegenüber einer aufnehmenden Gelenkschale (4) beweglich ist, und mit einer im Bereich einer von einem die Gelenkschale (4) aufnehmenden Gehäuse (5) belassenen Durchtrittsöffnung für den Zapfen anschließenden Dichtungsmanschette (9), die mit der Gelenkschale (4) zu einer gemeinsamen, einstückigen Einheit geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmanschette (9) an der Durchtrittsöffnung (6) des Gehäuses (5) dichtend anliegt.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmanschette (9) in ihrem dichtend anliegenden Abschnitt von einem Teil (12) der Gelenkschale (4) dichtend an den Randbereich (11) der Durchtrittsöffnung (6) gepresst ist.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkschale (4) an der Durchtrittsöffnung (6) für den Zapfen (2) einen mit einer radialen Komponente auswärts weisenden und axial in Richtung des Gehäuses (5) von der Dichtungsmanschette (9) hintergriffenen Haltebereich (12) aufweist.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkschale (4) an der Durchtrittsöffnung (6) für den Zapfen (2) einen mit einer axialen Komponente vom Gehäuse (5) weg weisenden und radial außen von der Dichtungsmanschette (9) hintergriffenen Haltebereich (12) aufweist.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmanschette (9) in ihrem am Randbereich (11) der Durchtrittsöffnung (6) anliegenden Ende (10) eine radial auswärts weisende Anlagefläche (13) an der Innenwandung des Gehäuses (5) ausbildet.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmanschette (9) in ihrem am Randbereich (11) der Durchtrittsöffnung (6) anliegenden Ende (10) eine axial in Richtung des Kopfbereichs des Zapfens (2) weisende Anlagefläche (14) an den senkrecht zur Zapfenachse liegenden Rand (15) des Gehäuses (5) ausbildet.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmanschette (9) am Randbereich der Durchtrittsöffnung (6) in eine Hinterschneidung der Gelenkschale (4) eingreift oder in Durchgriffskanäle (16) der Gelenkschale (4) eingespritzt ist.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmanschette (9) aus einem gegenüber der Gelenkschale (4) weichen, elastisch deformierbaren Material gebildet ist.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Aufnahmebereich zwischen Gehäuse (5) und Gelenkschale (4) eine diese miteinander verklebende Masse befindlich ist.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkschale (4) mit radial ausgreifenden Ringanformungen versehen und darüber in das Gehäuse (5) eingepresst ist.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringanformung axial an den dichtenden Anlagebereich (10) der Dichtungsmanschette (9) direkt anschließt.
Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) mit zumindest einer Einspritzöffnung für die einzubringende Masse versehen ist.
Kraftfahrzeug mit zumindest einer Gelenk- und/oder Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, insbesondere innerhalb von Fahrwerks- und/oder Lenkungsteilen.