DE3009321C2 - Dichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der US-PS 38 48 938 bekannten Dichtungsvorrichtung ist das Dichtungselement in eine an der Innenmantelfläche eines das Gegenelement gelenkig lagernden Bauteils vorgesehene ringförmige Ausnehmung eingesetzt. Das Dichtungselement ist dabei durch einen in diesem im wesentlichen eingeschlossenen kreisringförmigen Metallring versteift. Außer den zwei, einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt bildenden Dichtungslippen weist die bekannte Dichtungsvorrichtung noch eine dritte Dichtungslippe auf, die der äußeren Dichtungslippe benachbart angeordnet ist. Die Halterung des Dichtungselementes zwischen dem Bauteil und dem Gegenelement ist in radialer Richtung nur mit Hilfe des Metallrings und offensichtlich selbst mit diesem dann nur schwierig zu gewährleisten, wenn nach längeren Einsatzzeiten der Dichtungsvorrichtung an dem Dichtungsgelement Verschleiß auftritt. Aber auch in axialer Richtung, insbesondere in Richtung der äußeren Dichtungslippe ist die Halterung des Dichtungselementes in der Ausnehmung des Bauteils nicht gewährleistet, so daß das Dichtungselement beim Auftreten größerer Reibungskräfte zwischen den Dichtungslippen und der kugelförmigen Außenfläche des Gegenelementes relativ leicht aus der Ausnehmung des Bauteiles herausspringen kann.

Aus der FR-PS 8 30 424 und DE-PS 8 90 152 sind Dichtungsvorrichtungen bekannt, bei denen das die Lagerung einer Welle dichtende Dichtungselement zwischen äußeren und inneren Paßelementen eingespannt ist, wobei das eine der Paßelemente in axialer Richtung der Welle jeweils zum Dichtungselement hin umgebogen ist, um die jeweils nur einzige Dichtungslippe des bekannten Dichtungselementes in radialer Richtung gegen die Mantelfläche der Welle anzudrükken. Diese bekannte Dichtungsvorrichtung ist jedoch nicht bei der Lagerung eines eine kugelförmige Außenfläche aufweisenden Gegenelementes zu verwenden.

Aus der US-PS 22 74 234 ist die Halterung eines Dichtungselementes für die Abdichtung an der Mantelfläche einer Welle bekannt, bei der in axialer Richtung der Welle gesehene innere und äußere Paßelemente jeweils in Richtung auf das Dichtungselement vorspringende Teile haben, die in entsprechende Ausnehmungen des Dichtungselementes eingreifen, um dieses in bezug auf die Welle in radialer Richtung festzulegen.

Aus der US-PS 28 68 566 ist ein Dichtungselement für eine drehbare Welle bekannt, das auf der Mantelfläche der Welle liegende innere und äußere Dichtungslippen hat, die zwischen sich einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt bilden. Ein äußeres Umfangsteil des Dichtungselementes erstreckt sich im wesentlichen in axialer Richtung der Welle und ist zwischen einem in radialer Richtung inneren und äußeren Metallring eingeklemmt. Die aus den Metallringen und dem Dichtungselement als Baueinheit gebildete Dichtungsvorrichtung ist in eine buchsenförmige Ausdrehung

einer Lagerhülse für die Welle einzusetzen und bildet damit eine patronenartige Dichtungsanordnung.

Aus der GB-PS 15 68 682 ist es bekannt, ein Dichtungselement an seinen Seiten-, Innen- und Außenflächen jeweils mit Vorsprüngen oder Ringwülsten zu versehen, die jeweils zwischen sich Hohlräume bilden, die auch noch nach dem Einspannen des Dichtungselementes zwischen Paß- oder Halteelementen verbleiben, um die Verformung des Dichtungselementes aufgrund seiner Einspannung zu begrenzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungsvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß die Dichtungswirkung auch noch nach langen Einsatzzeiten, also über eine hohe Lebensdauer, weiter verbessert wird.

Bei einer Dichtungsvorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß durch die Einspannung des an seinem Innenumfang zwei Dichtlippen aufweisenden Dichtungselementen zwischen inneren und äußeren Paßelementen, durch den nach innen vorstehenden Abschnitt des äußeren Paßelementes und durch die an der Außenfläche des Dichtungselementes vorgesehenen Ringwülste mit den zwischen ihnen ausgebildeten und auch noch nach der Einspannung des Dichtungselementes zwischen den Paßelementen verbleibenden Räumen eine sichere Halterung des Dichtungselementes sowohl in radialer als auch in axialer Richtung sichergestellt ist, die auch nach einem gewissen Verschleiß des Dichtungselementes sicher gewährleistet ist, da das Dichtungselement zwischen den Paßelementen ausreichend fest eingespannt werden kann, ohne daß eine zu starke Verformung des Dichtungselementes selbst zu befürchten wäre, da diese durch die zwischen den Ringwülsten verbleibenden Räume kompensiert bzw. aufgenommen wird.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer üblichen Dichtungsvorrichtung, die an einem Achsschenkelflansch einer Vorderradantriebswelle angebracht ist,

F i g. 2 einen Querschnitt einer Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung, die ähnlich wie in Fig. 1 an dem Achsschenkelflansch angebracht ist, und

Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Dichtungsvorrichtung aus F i g. 2.

In F i g. 1 ist ein Beispiel einer üblichen Dichtungsvorrichtung gezeigt. Eine Vorderradantriebswelle 1 treibt eine Vorderradachse 3 über ein homokinetisches Universalgelenk 21 an. Ein Achswellenlager 2 lagert drehbar die Vorderradantriebswelle 1 und hat einen kugelförmigen Abschnitt 2a, der die linke Hälfte des Universalgelenkes 21 verdeckt, das sich am rechten Ende des Achswellenlagers 2 befindet. Eine Gelenkspindel 4, die die Vorderradantriebswelle 3 trägt, ist fest mit einem Steuerschenkel bzw. einem Achsschenkel 5 mit ^f Hilfe von Schrauben verbunden. Der Steuer- bzw. Achsschenkel 5 hat einen Achsschenkelflansch 5a an seinem linken Ende und ist mit Achsschenkelbolzen 6 an den diametral gegenüberliegenden oberen und unteren Abschnitten versehen. Die Achsschenkelbolzen 6 sind ' über Kegelrollenlager mit dem kugelförmigen Flächenabschnitt 2,i des Achswcllcnlagers 2 verbunden, so daß der Steuer- b/w. Achsschenkel 5 um die Achse der Achsschenkelbolzen 6 drehbar ist. Eine Vorderradnabe 8 dreht sich mit der Vorderradachse 3 und an ihr ist eine Bremstrommel und eine Radscheibe (nicht gezeigt) angebracht. Wenn das Fahrzeug gelenkt werden soll,

' wird ein Lenkrad (nicht gezeigt) betätigt, wodurch sich der Steuer- bzw. Achsschenkel 5 um die Achsschenkelbolzen 6 dreht Somit drehen sich auch die Gelenkspindel 4, die Vorderradachse 3 und die Vorderradnabe 8 ebenfalls mit dem Achsschenkel 5 um die schräge bzw. schiefe Achse der Achsschenkelbolzen 6, um den Radscheiben eine Lenkbewegung zu erteilen.

Die in F i g. 1 gezeigte Dichtungsvorrichtung umfaßt ein erstes Paßelement 9, das eine kreisringförmige Metallscheibe ist, und eine kreisringförmige Packung 10 aus Kautschuk. Beide sind in einer Ringausnehmung an der Endfläche des Achsschenkelflansches 5a des Achsschenkels 5 aufgenommen. Auf der Außenfläche der Kautschukpackung 10 sind ein Dichtungselement 11 aus Filz und ein zweites Paßelement 12, das ebenfalls als eine kreisringförmige Metallscheibe ausgebildet ist, übereinanderliegend angeordnet und fest mit der Endfläche des Achsschenkelflansches Sa mit Hilfe von Schrauben 13 verbunden. Da die Dichtungsvorrichtung ausgehend vom freien Ende des kugelförmigen Flächenabschnittes 2a des Achswellenlagers 2 eingebaut wird, haben die PaßeSemente 9 und 12 und das Sichtungselement 11 jeweils Schlitze, um eine Vergrößerung der Innendurchmesser zu erreichen, damit der größte Außenumfang des kugelförmigen Flächenabschnittes 2a durchgehen kann. Deshalb können Fremdstoffe, wie z. B. Schmutzwasser, über den Schlitz des Dichtungselementes 11 in den Innenraum eindringen. Wenn man zwei Dichtungselemente 10 und 11 verwendet, wird die Montage komplizierter. Ferner verschließt das Dichtungselement 11 aus Filz sehr schnell und frühzeitig. Anstelle von zwei Dichtungselementen 10 und II kann ein einziges aus Kautschuk bestehendes Dichtungselement mit größerer Stärke verwendet werden. Der Kontaktrand eines derartigen Dichtungselementes neigt jedoch zum Vibrieren durch die sich wechselweise ändernden Gleitwiderstände zwischen dem Kontaktrand und der kugelförmigen Fläche 2a, wodurch die Dichtungseigenschaften und die verschleißmindernden Eigenschaften schlechter werden.

In Fi g. 2 ist ein Vorderachsabschnitt des Fahrzeuges gezeigt, der im wesentlichen ähnlich wie bei der Auslegung in Fig. 1 beschaffen ist. Gleiche oder ähnliche Teile sind mit denselben Bezugszeichen wie in Fi g. 1 versehen.

Nach den F i g. 2 und 3 weist die Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung einen elastischen Ring 14 auf, der ein einziges Dichtungselement bildet und der mittels eines ersten und zweiten Paßelementes 16 und 17 gehalten wird, die im allgemeinen von k.-eisringförmigen Metallscheiben gebildet werden. Der elastische Ring 14 besteht aus einem elastischen Material, wie Kautschuk, und hat auf seinem Innenumfang zwei Dichtlippen 14a und 14£>, die derart beschaffen und ausgelegt sind, daß sie im Querschnitt V-förmig sind und in Gegenrichtungen weisen, d. h. die Dichtlippe 14a weist in Richtung auf den Achsschenkelbolzen 6 nach innen und die Dichtlippe 14ft nach außen. Nach Fig. 3 sind die Dichtlippen 14a und 14i> derart angeordnet, daß sie in Berührung mit der kugelförmigen Außenfläche la des Achswellenlagers 2 im allgemeinen symmetrisch zu einer Hauptlinie η der kugelförmigen Fläche 2a in Berührung sind und die in Verbindung mit der kugelförmigen Fläche 2a einen für Schmierfett be-

stimmten Füllraum 15 bilden. Das Dichtungselement 14 ist als ein endloser Ring ausgebildet und ist fest mit einer Endfläche 5c/des Achsschenkelflansches 5a verbunden, der die kugelförmige Außenfläche 2a des Achswellenlagers 2 unter Zwischenschaltung des ersten und zweiten Paßelementes 16 und 17, von Federunterlagsscheiben 18 und Schrauben 19 umgibt.

Nach Fig. 3 hat der linke Endabschnitt des Achsschenkelflansches 5a eine Endfläche 5c/ mit einer Ringausnehmung 56, um das erste Paßelement 16 und κι das Dichtungselement 14 aufzunehmen und einen abgeschrägten bzw. ausgekehlten Abschnitt 5c an der Ecke zwischen der Endfläche 5c/ und der Ausnehmung 5b.

Das erste oder innere Paßelement 16 hat einen r> stufenförmig abgesetzten Abschnitt 16a (vgl. Fig.3), der die Innenfläche 5e des Achsschenkelflansches 5a berührt, um das Dichtungselement 14 genau zu positionieren. Das Dichtungselement ist mit einer Ringwulst 14c versehen, die dem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 16a des ersten Paßelementes 16 zugeordnet ist, um die Stärke des Dichtungselementes 14 zu vergrößern und das Dichtungselement 14 in radialer Richtung genau zu positionieren. Der Grundabschnitt der inneren Dichtlippe 14a ist mit einer Ringnut 14c/ versehen, um die Flexibilität der Dichtlippe 14a einstellen zu können.

Nach F i g. 3 ist das zweite Paßelement 17 mit einem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 176 derart versehen, daß der innere Endabschnitt 17a des Elementes 17 nach innen (in der Figur nach rechts) vorspringt. Die Außenfläche des Dichtungselementes 14 ist mit im allgemeinen halbkreisförmigen Ringwülsten 14e, 14/ und 14^ versehen, um die Verformung des Dichtungselementes 14 aufzufangen, wenn das zweite Paßelement 17 derart gedrückt wird, daß es das Dichtungselement 14 hält. Somit ist der Hauptkörper des Dichtungselementes 14 vor einer übermäßigen Verformung geschützt und die Dichtungseigenrehaft des Dichtungselementes 14 ist verbessert. Ringwülste 14f und \4g arbeiten mit dem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 176 zusammen, um eine Verschiebung des Dichtungselementes 14 zu verhindern. Eine kleine Ringwulst 14Λ des äußeren Randes des Dichtungselementes 14 berührt den abgeschrägten bzw. ausgekehlten Abschnitt 5c des 4; Achsschenkelflansches 5a, um die Dichtungseigenschaft an dem Außenumfang des Dichtungselementes 14 zu verbessern. Üblicherweise ist die Außenfläche des kugelförmigen Flächenabschnittes 2a des Achswellenlagers 2 mit Chrom belegt Anstelle einer Chromplattie- so rung kann auch ein Harz- bzw. Kunststoffüberzug auf der kugelförmigen Fläche aufgebracht werden, um die Herstellungskosten zu vermindern.

Die Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung ist wie in den F i g. 2 und 3 gezeigt mit dem Achsschenkelflansch 5a verbunden und in den Raum 15 und den InnenraUiTi 20 wird Schmierfett gefüllt

Das Dichtungselement 14 ist ein endloser Ring ohne einen Schlitz und es besteht aus einem elastischen Material, wie Kautschuk. Der Innenumfang des to Dichtungselementes 14 hat zwei Dichtlippen 14a und i4b, die im Querschnitt V-förmig sind und elastisch den kugelförmigen Flächenabschnitt 2ä des Achswellenlagers 2 berühren. Wenn das nicht gezeigte Lenkrad betätigt wird, um den Steuer- bzw. Achsschenkel 5 um die Achsschenkelbolzen 6 zu drehen, gleiten die Dichtlippen 14a und 14i> längs der kugelförmigen Fläche 2a, so daß die Dichtlippe 14a verhindert, daß Schmierfett in dem Raum 20 nach außen austritt, während die außen liegende Dichtlippe 146 verhindert, daß von außen Fremdstoffe, wie zum Beispiel Schmutzwasser, eindringen und das Schmierfett aus dem Raum 15 austritt. Da die Kontaktflächen des kugelförmigen Flächenabschnittes 2a und die Dichtlippen 14a und 146 durch das Schmierfett in den Räumen 15 und 20 geschmiert werden, wird ein Umschlagen oder Vibrieren der Kontaktränder der Dichtlippen wirksam verhindert. Das Schmierfett in dem Raum 15 verhindert wirksam den Eintritt von Fremdstoffen und liefert einen geeigneten Reibungswiderstand zwischen der kugelförmigen Fläche 2a und dem Dichtungselement 14.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, hat die Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung verbesserte Dichtungseigenschaften und verbesserte verschleißmindernde Eigenschaften im Vergleich zu üblichen Dichtungsvorrichtungen mit einem Dichtungselement aus Filz. Da die Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung nur ein einziges Dichtungselement hat, ist auch die Montage einfach. Da das zweite Paßelement 17 mit einem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 176 versehen ist, ist das Dichtungselement 14 wirksam daran gehindert, daß es sich nach außen verschieben kann oder nach außen gequetscht werden kann, wenn Reibungskräfte zwischen den Dichtlippen 14a, 146 und der kugelförmigen Fläche 2a erzeugt werden.

Da äußere Ringwülste 14e, 14/ und 14g· an dem Dichtungselement 14 vorgesehen sind, ist die Verformung des Dichtungselementes 14 beschränkt und Zwischenräume bleiben zwischen dem Hauptkörper des Dichtungselementes 14 und dem zweiten Paßelement 17, wenn das zweite Paßelement 17 das Dichtungselement 14 beim Einbau der Dichtungsvorrichtung drückt. Somit wird eine Verformung des Hauptkörpers des Dichtungselementes günstig durch die Zwischenräume ausgeglichen, so daß das Dichtungselement 14 zwischen dem ersten und zweiten Paßelement 16 und 17 gehalten wird, ohne daß die Flexibilität und die Lage der Dichtlippen 14a und 146 nachteilig beeinflußt würden. Die Ausnehmung 14c/ des Dichtungselementes 14 reguliert die Flexibilität und die Elastizität der inneren Dichtlippe 14a. Die kleine Ringwulst 14/ides Dichtungselementes 14 wird gegen den abgeschrägten bzw. ausgekehlten Abschnitt 5c des Achsschenkelflansches 5a gedrückt, um die Dichtungseigenschaften zwischen dem Innenumfang des Achsschenkelflansches 5a und dem Außenumfang des Dichtungselementes 14 zu verbessern.

Die Dichtlippe 146 ist ferner starrer und steifer als die innere Dichtlippe 14a infolge der größeren Stärke, so daß die Dichtlippe 146 als eine Abstreifeinrichtung dient, die Staub und Schmutz abstreift, die sich auf der Außenfläche des kugelförmigen Flächenabschnittes 2a des Achswellenlagers 2 angesammelt haben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Dichtungsvorrichtung mit wenigstens einem ringförmigen Dichtungselement aus einem elastischen Material, wie Kautschuk, das derart gehalten ist, daß sein Innenumfang eine kugelförmige Außenfläche eines Gegenelementes gleitend berührt, wobei das ringförmige Dichtungselement an seinem Innenumfang zwei Dichtlippen hat, die einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt bilden und die kugelförmige Außenfläche des Gegenelementes berühren, so daß die beiden Dichtlippen und die kugelförmige Außenfläche einen mit Schmierfett ausfüllbaren Raum begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (14) zwischen inneren und äußeren Paßelementen (16, 17) gehalten ist, daß der radial innere Abschnitt (17a, 17tydes äußeren Paßeleme.ites (17) in Richtung auf das innere Paßelement (16) nach innen vorsteht, um zu verhindern, daß sich das Dichtungselement (14) radial nach innen verschiebt, und daß das Dichtungselement (14) mit wenigstens zwei Ringwülsten (14e, 14i 14g) auf seiner Außenfläche versehen ist, die das äußere Paßelement (17) berühren, wobei einer (14g·; der Ringwülste mit dem nach innen vorstehenden inneren Abschnitt (i7b) des äußeren Paßelementes (17) im Eingriff steht, und die Ringwülste (14e, iAf, \4g) zwischen sich mindestens einen Raum begrenzen, der bleibt, wenn das äußere Paßelement (17) gegen das Dichtungselement (14) gezwungen wird,

2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Gegenelement (2) gelenkig lagerndes Bauteil (5) an seiner Innenfläche mit einem ausgekehlten Teil (5c·; neben dem äußeren Paßelement (17) versehen ist und daß das Dichtungselement (14) an seiner äußeren Umfangsfläche mit einem Ringwulst (14ft; versehen ist, der mit dem ausgekehlten Teil (15c^fest in Berührung steht.

3. Dichtungsvorrichtung nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß einer (14ejder Ringwülste (14e, 14/; Hg) an der Außenfläche des Dichtungselementes (14) in der Nähe des Ringwulstes (14/ijangeordnet ist.

4. Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Teil des inneren Paßelementes (16) von dem äußeren Paßelement (17) fort nach innen vorsteht, um einen abgestuften Teil (16a; zu bilden, und daß der radial innere Teil (14c; des Dichtungselementes (14) eine diesem abgestuften Teil (16a,) zugeordnete, größere Stärke hat.

5. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung (Hd) zwischen dem radial inneren Teil (14c; und einer inneren Dichtungslippe (14a; ausgebildet ist, dessen Tiefe der Flexibilität der inneren Dichtlippe (14a; entspricht.

6. Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flexibilität der inneren Dichtungslippe (14a; größer als die der äußeren Dichtungslippe (Hb) ist.

7. Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren und inneren Dichtungslippen (14a, 14t; symmetrisch bezüglich einer Normalen (n) zur kugelförmigen Außenfläche (2a) des Gegeneiementes (2) angeordnet sind.

8. Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprü

che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmige Außenfläche (2a; des Gegenelementes (2) mit einem Harzüberzug niedrigen Reibungskoeffizienten versehen ist.