DE1906500B2

DE1906500B2 - Abdichtung, insbesondere für Kugelgelenke bei Kraftfahrzeuglenkungen

Info

Publication number: DE1906500B2
Application number: DE1906500A
Authority: DE
Inventors: Frederic Redmond Smith; Edward Anthony Snidar
Original assignee: O&S Bearing and Manufacturing Co
Current assignee: O&S Bearing and Manufacturing Co
Priority date: 1968-02-13
Filing date: 1969-02-10
Publication date: 1978-06-08
Also published as: FR2001786A1; DE1906500A1; US3451700A; GB1202823A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Abdichtungen, insbesondere für Kugelgelenke, zur Abdichtung zwischen einem Zapfen und einem Gehäuse sind in mannigfaltiger Art bekannt. Sehr häufig wird das Prinzip des Faltenbalges mit nur einer Balgwölbung benutzt (DE-GM 1764871, FR-PS'en 1402466 und 1402467, US-PS 3279834 und »Automobile Engineer« vom Januar 1974, Seiten 14 bis 17); hierbei muß aber mindestens die weite öffnung des Dichtungsteils an dem Gehäuse durch Draht oder einen Ring befestigt werden. Die Herstellung dieser Befestigung stellt einen Montageaufwand für ein

Massenerzeugnis dar. Wenn das Befestigungsmittel

verlorengeht, geht auch die Abdichtwirkung verloren.

Im einzelnen ist gemäß Oberbegriff (Merkmale a,

b., c) ein topfartiges Dichtungsteil mit einem scheibenförmigen Kappenboden verwendet worden (DE-GM 1764871), wobei der scheibenförmige Kappenboden noch mehrere radial verlaufende Versteifungsrippen aufweisen kann und sich ein Biegebereich am Rande dieses scheibenförmigen Kappenbodens befindet, also

ίο nicht in der Nähe der größeren öffnung des Dichtungsteils.

Ungünstig ist hierbei die Knickbildung, welche die Ermüdung des Materials beschleunigt. Der Rand der größeren öffnung wird in eine Nut gezwängt, die Eigenspannung ist also nach außen gerichtet. Eine Eigenspannung in axialer Richtung wird offenbar nicht erstrebt.

Ein weiteres Dichtungsteil (US-PS 3279834) ist kugelförmig, mit einer kleineren und einer größeren Polöffnung ausgebildet, wobei sich die größere Polöffnung polwärts erweitert und einen Randwulst besitzt, der zur Befestigung des Dichtungsteils am Gehäuse mittels eines Ringes dient. Die kleine Polöffnung weist einen torusförmigen Ringeinsatz auf, um eine gewisse Schwenkbewegung des Dichtungsteils zu ermöglichen. Der Querschnitt des Dichtungsteils nimmt von der kleineren zur größeren öffnung ab, Verstärkungsrippen sind aber nicht vorgesehen. Nach dem Einbau ist das Dichtungsteil in axialer Richtung zusammengedrückt.

Es sind auch bereits Staubabdichtungen für Kugelgelenke ohne Festbinden der weiten öffnung bekannt (DE-AS 1105738), und hierbei besteht das Dichtungsteil aus einer Kappe, deren weite öffnung durch eine Randlippe gebildet wird, die mit einer sphärischen Fläche des Gehäuses zu Dichtzwecken zusammenarbeitet. Die Herstellung einer sphärischen Fläche, die zu der Kugelfläche konzentrisch sein muß, ist teuer. Ferner nimmt die auf schabende Berührung beruhende Dichtwirkung mit der Alterung des Materials des Dichtungsteils stark ab.

Bei einer weiteren Abdichtung (US-PS 2921809) ist die weite öffnung des Dichtungsteils mit einem Verstärkungswulst versehen, der jedoch unter Vorspannung in einer Rille des Gehäuses liegt, während die Polöffnung durch einen Federring dichtend gegen den den Kugelzapfen haltenden Bauteil bzw. einen zwischengeschalteten Ring angedrückt wird. Die weite öffnung des Abdichtungsteils liegt unter Vorspannung im wesentlichen ortsfest am Gehäuse an, und zur Ermöglichung der Schwenkbewegungen des Kugelzapfens ist der Abdichtungsteil insgesamt so weich ausgebildet, daß die Polöffnung durch eine Feder belastet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Staubabdichtung, insbesondere für Kugelgelenke, zu schaffen, deren weite öffnung - nicht nur die Polöffnung — im wesentlichen an ihrer Abdichtstelle verbleibt, ohne dort gesondert befestigt zu sein.

bo Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichenteil von Anspruch 1.

Weitere Ausbildungen sind den Ansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.

Im einzelnen soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Staubabdichtung an einem Kugelgelenk,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Dichtungsteil,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Aufrißansicht im Schnitt einer zweiten Ausführungsform des Dichtungsteilp..

Fig. 1 zeigt ein Kugelgelenk 10 von normaler Ausführung, das einen Zapfen 12 mit einer kegelstumpfförmigen Fläche 14 und ein Gelenkgehäuse 16 aufweist, die über eine Lagerschale 18 sowie die Kugel des Gelenke.* miteinander verbunden sind und mittels eines Dichtungsteils 20 gegen Staub abgedichtet werden.

Das Dichtungsteil 20 ist aus gummiartigem, vorzugsweise gegen öl widerstandsfähigem Material oder Polyurethan, Texin 480 A oder aus einem gleichartigen flexiblen, gegen öl und Witterungseinflüsse widerstandsfähigen Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten, geringer Verformung, hohem Abnutzungswiderstand und guter Biegefestigkeit hergestellt.

Das Dichtungsteil 20 weist als solches (Fig. 2 und 3) die allgemeine Gestalt einer umgekehrten Kappe oder hohlen Halbkugel mit einer weiten etwa äquatorialen öffnung 22 und mit einer kleineren Polöffnung 24 auf. Ferner sind außen angeformte Rippen 26 vorgesehen, die längs Meridianen von der Polöffnung wegstreben und im eingebauten Zustand des Dichtungsteils die innere Dichtungsfläche der weiteren öffnung 22 radial nach innen vorspannen. Dabei sitzt die weite öffnung 22 auf einer Dichtungsfläche 28 des Gehäuses 16 mit Druck auf. Es ist deshalb überflüssig, die Abdichtungsfläche der weiten öffnung 22 von außen zu klemmen oder in anderer Weise gegen die Dichtungsfläche 28 zu drücken.

Die Polöffnung 24 weist ein Halsteil 30 und eine Dichtfläche 32 auf und ist etwas enger als der kleinste Durchmesser der K.egelstumpffläche 14 des Zapfens 12, so daß im montierten Zustand des Dichtungsteils 20 die Dichtfläche 32 auf Grund der Federkraft des Materials radial nach innen vorgespannt ist. Jedoch ist der Sitz der Dichtfläche 32 auf der Kegelstumpffläche 14 nicht so eng, daß das Dichtungsteil 20 sich mitdreht oder verdrillt, wenn der Zapfen 12 gedreht wird. Ein äußerer Flansch 34 an der Oberseite des Halsteils 30 dient dazu, das Halsteil zu verstärken und zu verhindern, daß es klafft.

Zu ähnlichem Zweck ist an der weiten öffnung 22 ein Verstärkungawulst 36 vorgesehen, der schräg zu einer scharfen Kante 38 ausläuft und an der ringförmigen Dichtfläche des Gehäuses 16 anliegt und so die Abdichtung bewirkt.

Axial sich erstreckende kurze Rippen oder Vorsprünge 40 auf der verlängerten Dichtflach« 32 erstrecken sich nach unten entlang eines Teils der Polöffnung 24 und lassen Luftdurchtritte 42 zwischen der verlängerten Dichtfläche 32 und der Kegelstumpffläche 14 des Zapfens 12 frei, so daß sich der Luftdruck im Inneren der Abdichtung an den Außendruck angleichen kann, wenn die Dichtung infolge der Bewegung des Gelenks arbeitet.

Ein Druckunterschied kommt teilweise durch Formveränderungen bei Verbiegung des Dichtungsteils auf Grund der schnellen Bewegung des Kugelgelenks unter den Betriebsbedingungen und auch durch Wärmeabgabe an die innerhalb der Staubdichtung eingeschlossene Luft zustande. Die Luftdurchtritte 42 verhindern die Entwicklung eines Druckunterschiedes zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Abdichtung, so daß weder das Dichtungsteil 20 zusammengedrückt wird noch die Dichtfläche 22, 32 von ihren Gegenflächen 28,14 kurzzeitig abheben, wodurch die Wirksamkeit der Staubabdichtung beeinträchtigt werden würde. Schnelle Druckänderungen würden außerdem eine Pumpwirkung erzeugen, wodurch Schmutz unter die Kanten der Dichtungen 22, 24 gezogen wird. Die Luftdurchtritte 42 fühlen schließlich zu einer Verringerung der Gesamttreibung zwischen

ίο der Kegelstumpf fläche 14 der Dichtfläche 32, die bei der Drehung des Zapfens 12 relativ zum Dichtungsteil 20 entsteht. Dadurch wird der Verdrillungstendenz des Dichtungsteils entgegengewirkt, wenn der Zapfen 12 sich dreht.

Das Material, aus dem das Dichtungsteil 20 hergestellt ist, soll genügend flexibel sein, um die Verschwenkung des Zapfens 12 relativ zum Gehäuse 16 zu ermöglichen, ohne daß die Wirksamkeit der Dichtung zwischen den Flächenpaaren 14, 32 und 28, 22 beeinträchtigt wird. Wie vielleicht am besten aus Fig. 3 zu entnehmen ist, nimmt die Wandstärke der Wandung 44 des Dichtungsteils 20 im Bereich 46 neben dem Randwulst ab, so daß bei einer Schwenkbewegung des Zapfens 12 relativ zum Gehäuse 16 das Dichtungsteil 20 sich im Bereich 46 verbiegt. Dadurch bleiben die Dichtflächen 22, 32 ständig in Berührung mit ihren Gegenflächen 28, 14.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform des Dichtungsteils gezeigt, bei der das Halsteil 30 einen Innenflansch 48 aufweist, die Rippen 26 sich nur etwas mehr als die Hälfte zwischen dem Hals 30 und dem Verstärkungswulst 36 erstrecken und die weite öffnung mit zwei Dichtlippen an zwei Dichtflächen 50, 52 versehen ist. Der Flansch 48 soll wiederum das Halsteil gegen die Möglichkeit des Klaffens verstärken und ist auf der Innenseite des Halses angeordnet, um das Werkzeug zu vereinfachen, das bei der Herstellung des Dichtungsteils Verwendung findet. Die Ausführungsform nach Fig. 4 zeigt die Anwendung von Rippen 26, die sich nicht über die gesamte Strecke vom Hals bis zum Rand 36 erstrecken. Die Länge und die Breite der Rippen kann variiert werden, um die Größe der Anpreßkraft an den Abdichtungsflächen 50, 52 der Abdichtung nach Fig. 4 und an der Abdichtungsfläche 22 in der Staubabdichtung nach Fig. 3 zu verändern und zu steuern. In Fig. 4 ist die radiale Versetzung zwischen den Abdichtungsflächen 50, 52 stark übertrieben dargestellt und liegt normalerweise im Bereich von 0,25 bis 0,75 mm, abhängig von dem speziellen Anwendungsfall. Die Doppelabdichtungslippe wird gewöhnlich benötigt in Fällen, wo die Gegenflächen des Gelenkkörpers vergleichsweise rauh sind, Einsenkungen aufweisen oder abrupte Änderungen der Kontur besitzen. Wie Fig. 4 zeigt, ist es in gewissen Fällen nicht notwendig, die Vorsprünge auf der Innenfläche des Halsteils anzuwenden, um eine Entlüftung vorzusehen und den Aufbau einer Druckdifferenz zu vermeiden, welche die Dichtungseigenschaften der Staubabdichtung nachteilig beein- flußt. Hierbei ist es besonders wichtig, Material mit geringem Reibungskoeffizienten für die Herstellung des Dichtungsteils auszuwählen, so daß dieses nicht zersiört oder verdrillt wird, wenn der Zapfen 12 relativ zur Dichtung gedreht wird.

Im Betriebszustand ist das Dichtungsteil auf dem Kugelgelenk so angeordnet, daß die Dichtflächen auf die Gegenflächen an dem Zapfen und dem Gehäuse infolge der Federkraft des Materials drücken, wobei

die im Abstand voneinander angeordneten Rippen auf der Außenfläche des Dichtungsteils besonders wichtig sind. Bedeutsam ist ferner, daß das Halsteil 30 auf dem nach unten sich verringernden Durchmesser des Zapfens 12 angeordnet ist, wie Fig. 1 es zeigt, so daß ein nach unten gerichteter axialer Druck auf die Wände des Dichtungsteils erzeugt wird. Die Dichtfläche ist im unteren Teil des Halses angebracht, während infolge der Wirkungsweise des oberen Teils zu große Luftdruckunterschiede abgebaut werden, wenn die Dichtung arbeitet, ohne jedoch Schmutz und Staub einzulassen. Das Kugelgelenk wird somit vor Verunreinigungen, wie Feuchtigkeit, Wasser, Schlamm u. a. wirksam abgedichtet und geschützt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abdichtung, insbesondere für Kugelgelenke bei Kraftfahrzeuglenkungen, zur Abdichtung zwischen einem Zapfen und einem Gehäuse, mit

a) einem im wesentlichen hohlen Dichtungsteil aus biegsamem Material, das eine weite, äquatoriale öffnung zur Abdichtung am Gehäuse und eine kleinere Polöffnung zur Abdichtung am Zapfen aufweist, wobei

b) die Polöffnung einen Halsteil aufweist,

c) und mit Verstärkungsrippen,
dadurch gekennzeichnet, daß

d) der Dichtungsteil (20) halbkugelförmig ausgebildet ist und aus federndem Material besteht,

e) die äquatoriale öffnung (22) mit einem äußeren Verstärkungswulst (36) versehen ist,

f) am Außenumfang des Dichtungsteils (20), ausgehend von dem Halsteil (30) sich Verstärkungsrippen (26) längs Meridianen erstrecken, die gegebenenfalls bis zu dem Verkstärkungswulst (36) der äquatorialen öffnung (22), in deren Nähe ein Biegebereich (46) gebildet ist, reichen,

g) nach dem Einbau die äquatoriale öffnung (22) mit radialer, nach innen gerichteter Vorspannung auf einem entsprechend bemessenen Gehäuseteil (28) sitzt, und daß das halbkugelförmige Dichtungsteil (20) in axialer Richtung zusammengedrückt ist.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (14) des Zapfens (12) kegelstumpfförmig, mit Verjüngung in Richtung auf das Gehäuse (16) ausgebildet ist.

3. Abdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im entspannten Zustand des Dichtungsteils (20) der Halsteil (30) einen Bereich (42, 48) verringerten Durchmessers gegenüber der Dichtfläche (32) der Polöffnung (24) aufweist.

4. Abdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich verringerten Durchmessers durch eine Vielzahl von Vorsprüngen (40) gebildet ist.

5. Abdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Verstärkungswulst (36) eine scharfe Kante (38) zur Anlage am Gehäuse gebildet ist.