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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Gleichlaufgelenke und insbesondere einen Schutzschild zur Verwendung in Gleichlaufgelenken.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus der
US 3 362 193 A ist ein Gleichlaufverschiebegelenk mit einem Gelenkaußenteil, einem Gelenkinnenteil und drehmomentübertragenden Kugeln bekannt. Am wellenseitigen Ende des Gelenkaußenteils ist radial außen eine Faltenbalganordnung angeschlossen. An der Innenseite des Gelenkaußenteils ist eine Schmiermittelblende angeordnet. Die Blende liegt mit einem äußeren Flansch gegen eine Stirnseite des Gelenkaußenteils an und hat radial innen eine konische Verjüngung, die sich axial in Richtung Gelenk erstreckt.
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Aus der
JP 58225221 A ist ein Gleichlaufdrehgelenk bekannt, bei dem zwischen einem Faltenbalg und dem Gelenkaußenteil ein ringförmiges Lippenelement angeordnet ist. Das Lippenelement erstreckt sich von einer Stirnseite des Gelenkaußenteils vom Gelenk weg und hat eine Innenfläche, die etwa die äußeren Kugelbahnen fortsetzt.
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Aus der
DE 44 32 230 A1 ist eine Gelenkanordnung mit einem Gelenkaußenteil, einem Gelenkinnenteil und drehmomentübertragenden Kugeln bekannt. Das Gelenkaußenteil besteht aus einem tiefgezogenem napfförmigen Teil sowie einem aus einer Ronde gefertigten deckelartigen Teil. Beide Teile sind über ein übergreifendes Blechteil miteinander verbunden. Das zweite deckelartige Teil hat einen äußeren Flansch und eine axiale Anschlagfläche für die Kugeln sowie eine innenkugelige Fläche, die eine Führungsfunktion für das Gelenkinnenteil aufweist.
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Gleichlaufgelenke (auch CV-Gelenke genannt) sind häufig verwendete Bauteile in Kraftfahrzeugen. Typischerweise werden Gleichlaufgelenke dort verwendet, wo die Übertragung einer Drehbewegung mit konstanter Drehzahl erwünscht ist oder erzielt werden soll. Die üblichen Arten von Gleichlaufgelenken sind Tripodeverschiebegelenke, axial feste Tripodegelenke, Kugelverschiebegelenke sowie axial feste Kugelgelenke. Diese Gelenkarten werden derzeit in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb und Fahrzeugen mit Hinterradantrieb sowie in Gelenkwellen von Fahrzeugen verwendet, die einen Hinterradantrieb, Allradantrieb oder Vierradantrieb haben. Die Gleichlaufgelenke sind im allgemeinen mit einem Schmierfett dauergeschmiert und bei Verwendung in Antriebswellen durch eine Manschette abgedichtet. Das heißt, Gleichlaufgelenke werden abgedichtet, um das Schmierfett innerhalb des Gelenks und Verunreinigungen und Fremdstoffe, z. B. Schmutz und Wasser, außerhalb des Gelenks zu halten. Um diesen Schutz zu gewährleisten, wird das Gleichlaufgelenk üblicherweise an der offenen Seite des Gelenkaußenteils von einer abdichtenden Manschette aus Gummi, einem thermoplastischen Kunststoff oder Silikon abgeschlossen. Das gegenüberliegende Ende des Gelenkaußenteils wird im allgemeinen von einer Haube oder Kappe abgeschlossen, die bei Scheibengelenken als Schmierfettkappe bekannt ist. Ein Gelenk in Monoblockbauweise oder mit integriertem Zapfen und Gelenkaußenteil wird durch die inneren geometrischen Verhältnisse des Gelenkaußenteils abgedichtet. Das Abdichten und der Schutz des Gleichlaufgelenks sind erforderlich, da die Verunreinigung des Innenraums des Gelenkaußenteils innere Schäden und damit die Zerstörung des Gelenks zur Folge hätte. Außerdem ist, sobald der Innenraum des Gelenkaußenteils teilweise gefüllt und damit geschmiert ist, das Gelenk dauergeschmiert.
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Die Hauptaufgabe eines Gleichlaufgelenks besteht in der Übertragung von Drehbewegung. Während des Betriebs überträgt das Gleichlaufgelenk Drehmoment. Bei der Drehmomentübertragung entsteht Wärme durch innere Reibungskräfte im Gelenk sowie durch andere Unzulänglichkeiten bei der Übertragung. Im allgemeinen erhöht sich die Wärmeentwicklung im Gleichlaufgelenk mit wachsender Drehzahl und wachsendem Drehmoment. Eine weitere Wirkung höherer Drehzahlen besteht darin, daß sich die Geschwindigkeit des Schmierfetts erhöht, da das Laufen der Kugeln in den Bahnen wie eine Pumpe wirkt, wodurch das Schmierfett aus den Kugelbahnen heraus- und in die Manschette hineingepreßt wird. Dies verursacht einen erhöhten Druck auf die Manschette. Hohe Innentemperaturen im Gleichlaufgelenk beeinflussen das Schmierfett, das mit der Manschette in Kontakt ist. Bei höheren Temperaturen wird die Manschette anfällig für Risse und Brüche, die die Lebensdauer des Gleichlaufgelenks verringern, das eigentlich für seine gesamte Lebensdauer abgedichtet sein sollte. Wenn im Gleichlaufgelenk erzeugte Hitze in das Gelenkaußenteil gelangt, wird sie gleich darauf an die Manschette übertragen, wodurch die Lebensdauer des Manschettenwerkstoffs weiter verringert wird und vorzeitig Risse und Brüche in der Manschette und Leckverluste aus der Manschette entstehen, wodurch das Gleichlaufgelenk beeinträchtigt wird. Der Schmierfett- und Hitzeschild verhindert, daß das Schmierfett in die Manschette gepumpt wird.
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Aus diesem Grund besteht in der Technik ein Bedarf an einem Gleichlaufgelenk, das in der Lage ist, die Manschette und das Abdichtungssystem vor der innerhalb des Gleichlaufgelenks entstehenden Hitze und vor dem dort befindlichen Schmiermittel zu schützen. Es muß verhindert werden, daß die Hitze und das Schmiermittel mit der Manschette in Kontakt kommen und dadurch ihre Qualität mindern, was letztendlich zu einem Versagen des Abdichtungssystems des Gleichlaufgelenks führen würde.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Gleichlaufgelenk bereitzustellen.
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Eine erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Schutzelement zwischen der Manschette und dem Dichtungssystem eines Gleichlaufgelenks einerseits und der Hitze und dem Schmiermittel andererseits, die innerhalb des Gleichlaufgelenks vorhanden sind, vorzuschlagen.
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Ein weiterer Ansatz liegt darin, ein zweiteiliges Schutzelement für ein Gleichlaufgelenk vorzusehen.
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Ein weiterer Ansatz ist darin zu sehen, einen Schild bereitzustellen, der auch als Dichtung dient und als O-Ring ausgeführt sein kann.
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Ein weiterer Ansatz ist es, einen Schild vorzuschlagen, der aus einem Werkstoff mit isolierenden Eigenschaften besteht und der jegliche Wärmeübertragung verringert.
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Mit der Erfindung wird ein Schutzelement zur Verwendung in Gleichlaufgelenken offenbart. Das Gleichlaufgelenk enthält ein Schmiermittel innerhalb eines Gelenkaußenteils sowie eine Manschette, die an einer Manschettenabdeckung befestigt ist. Das Schutzelement umfaßt einen Schild, der mit dem Gelenkaußenteil und der Manschettenabdeckung in Kontakt ist. Der Schild hat einen ringförmigen Grundkörper und einen Umfangsflansch, der sich von einem Ende desselben aus erstreckt, wobei der Grundkörper im Halblängsschnitt schalenförmig ausgebildet ist.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Gleichlaufgelenk einen Schild umfaßt, der Schmierfett und/oder Schmiermittel von der Manschette fernhält und dadurch die Lebensdauer der Manschette erhöht.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich dadurch, daß ein isolierender Luftspalt erzeugt wird, der die Manschette noch zusätzlich vor Hitze und Schmierfett schützt.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, daß der Schild aus einem Werkstoff mit isolierenden Eigenschaften besteht, der die Wärmeübertragung vom Außenlaufring auf die Manschettenabdeckung reduziert.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß der Schild auch als Dichtung, wie z. B. als O-Ring, wirken kann, um eine Abdichtung zwischen der Manschettenabdeckung und dem Gelenkaußenteil des Gleichlaufgelenks zu schaffen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Schild verhindert, daß Schmiermittel durch Pumpwirkung in die Manschette gepreßt wird.
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Weitere Zielsetzungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen Fahrzeugantriebsstrang;
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2 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gleichlaufgelenk;
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schildes;
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4 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemaßen Schild; und
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5 zeigt einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführung eines erfindungsgemaßen Gleichlaufgelenks.
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Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
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In den Figuren wird ein erfindungsgemäßes Gleichlaufgelenk 10 dargestellt. Es versteht sich, daß alle Arten von Gleichlaufgelenken, wie z. B. Tripodeverschiebegelenke, axial feste Tripodegelenke, etc. mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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1 zeigt einen typischen Antriebsstrang 12 eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Antriebsstrang 12 in 1 kann es sich um den eines Fahrzeugs mit typischem Allradantrieb handeln, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Gleichlaufgelenke 10 der vorliegenden Erfindung genauso gut in Fahrzeugen mit Hinterradantrieb, Vorderradantrieb, Allradantrieb oder Vierradantrieb verwendet werden können. Der Antriebsstrang 12 umfaßt einen Motor 14, der mit einem Getriebe 16 und einer Abtriebseinheit 18 verbunden ist. Das Vorderachsdifferential 20 weist eine rechte Seitenwelle 22 und eine linke Seitenwelle 24 auf, die jeweils mit einem Rad verbunden sind und Kraft auf diese Räder übertragen. An beiden Enden der rechten vorderen Halbwelle 22 und der linken vorderen Halbwelle 24 sind jeweils Gleichlaufgelenke 10 vorgesehen. Eine Längswelle 26 verbindet die Antriebseinheit 18 mit dem Hinterachsdifferential 28, wobei das Hinterachsdifferential eine hintere rechte Seitenwelle 30 sowie eine hintere linke Seitenwelle 32 aufweist, die beide mit jeweils einem Rad an einem ihrer Enden versehen sind. Ein Gleichlaufgelenk 10 befindet sich jeweils an beiden Enden der Seitenwelle, die das Rad und das hintere Differential 28 miteinander verbindet. Die in 1 gezeigte Langswelle 26 ist eine dreiteilige Gelenkwelle, die eine Mehrzahl von Kardangelenken 34 sowie ein Hochgeschwindigkeitsgleich-laufgelenk 10 umfaßt. Uber die Seitenwellen übertragen die Gleichlaufgelenke 10 Kraft auf die Räder, auch wenn die Räder und die Welle aufgrund Einlenkens und dem Ein- und Ausfedern der Fahrzeugfederung in unterschiedlichen Winkeln zueinander stehen. Bei den Gleichlaufgelenken 10 kann es sich um alle bekannten Standardarten von Gelenken handeln, wie z. B. Tripodeverschiebegelenke, (VL-)Kreuzbahngelenke, Festgelenke, Tripodefestgelenke oder (DO-)Doppeloffsetgelenke sein, die alle übliche und bekannte Begriffe in der Technik für verschiedene Arten von Gleichlaufgelenken sind. Die Gleichlaufgelenke 10 ermoglichen die Übertragung von konstanten Drehzahlen bei Winkeln, die im Normalbetrieb von Kraftfahrzeugen sowohl in den Seitenwellen als auch in den Längswellen dieser Fahrzeuge auftreten.
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Die 2, 3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausfuhrung der vorliegenden Erfindung. Das Gleichlaufgelenk 10 ist ein Gleichlauffestgelenk, das im allgemeinen in der Längswelle 26 in einem Fahrzeug mit Allradantrieb verwendet wird. Es sei darauf hingewiesen, daß auch ein anderer Gleichlaufgelenktyp verwendet werden kann. Das Gleichlaufgelenk 10 umfaßt ein Gelenkaußenteil 36, an dessen einem Ende eine einstückige Welle 38 vorgesehen ist. Eine Innenwand 40 des Gelenkaußenteils definiert im allgemeinen einen Gleichlaufgelenkinnenraum 42. Ein Gelenkinnenteil 44 ist innerhalb des Gelenkaußenteils 36 vorgesehen bzw. eingebaut. Das Gelenkinnenteil 44 ist mit einer Antriebswelle oder Längswelle 26 eines Fahrzeugs verbunden. Ein Kugel- oder Rollenelement 46 ist zwischen einer Außenfläche des Gelenkinnenteils und der Innenwand des Gelenkaußenteils vorgesehen. Die Kugel 46 wird durch einen Käfig 48 zwischen den Flächen des Gelenkaußenteils und des Gelenkinnenteils gehalten. Jede Kugel 46 liegt innerhalb einer Bahn in der Innenflache des Gelenkaußenteils. Die Drehung des Gelenkaußenteils 36 versetzt das Gelenkinnenteil 44 in eine Drehung mit gleicher bzw. konstanter Drehzahl, so daß bis zu einem bestimmten feststehenden Winkel eine gleichformige Geschwindigkeit über das Gelenk und zwischen der Längswelle und der Abtriebseinheit bei Winkelveränderungen bis zu einer bestimmten Größe übertragen werden kann. Das Gleichlaufgelenk 10 läßt zu, daß sich der Winkel ändert, weil die Kugeln 46 abrollen und jeden Winkelunterschied zwischen den Wellen durch ihre Bewegungen innerhalb der Bahnen des Gelenkaußenteils und des Gelenkinnenteils ausgleichen.
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Eine Ringsicherung 50 ist an einer innenseitigen Fläche des Gelenkinnenteils vorgesehen, um die Gelenkwelle 26 mit dem Gelenkinnenteil 44 zu verbinden. Eine Manschettenabdeckung 52 ist mit einem Ende des Gelenkaußenteils 36 verbunden. Ein Ende der Manschettenabdeckung 52 weist einen Bördel 54 auf, der sich entlang des gesamten Umfangs der Manschettenabdeckung 52 erstreckt. Eine Manschette 56, die in der bevorzugten Ausführungsform aus Urethan hergestellt ist, aber aus jeder anderen Art von hartplastischem oder weichgummiartigem Werkstoff bestehen kann, ist innerhalb des Bordels 54 der Manschettenabdeckung 52 befestigt, während das andere Ende der Manschette 56 an der Antriebswelle 26 anliegt und von einem Manschettenspannband 58 gesichert wird. Die Manschette 56 dichtet das Gleichlaufgelenk 10 gegen jegliche äußere Verunreinigungen wie Wasser, Schmutz und Straßenschmiere ab. Die Geschmeidigkeit der Manschette 56 ermoglicht es, daß eine Abdichtung bei allen Beugungswinkeln, die bei Längswellen oder Seitenwellen wahrend der üblichen Betriebsbedingungen auftreten können, gewährleistet ist. Eine Innenfläche des Gelenkaußenteils umfaßt eine erste Ringschulter 60 und eine zweite Ringschulter 62. Die erste Ringschulter 60 umfaßt einen ersten Verschluß oder Deckel 64, der im allgemeinen aus einem Metallwerkstoff besteht und der das Gelenkaußenteil und den Innenraum gegen Getriebeöle oder Verunreinigungen vom Getriebe abdichtet. Mit der zweiten Ringschulter 62 des Gelenkaußenteils ist ein zweiter Verschluß oder Deckel 66 in Kontakt, die in der bevorzugten Ausführung aus Metall besteht, jedoch je nach Bedarf und Designanforderungen auch aus jeder Art von hartem Keramik-, Kunststoff oder Metallwerkstoff hergestellt sein kann.
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Das Gleichlaufgelenk 10 umfaßt ferner ein Schutzelement 68, das zwischen der Manschettenabdeckung 52 und dem Gelenkaußenteil 36 angeordnet ist. Das Schutzelement 68 besteht in der bevorzugten Ausführung aus einem Polytetrafluorethylenwerkstoff, kann jedoch aus jedem anderen kunststoff-, keramik- oder gummiartigen Material hergestellt sein. Das Schutzelement 68 umfaßt einen Schild, der verhindert, daß Hitze und/oder Schmierfett mit der Manschette 56 des Gleichlaufgelenks 10 in Berührung kommt. Das Schutzelement 68 ist im allgemeinen ringförmig ausgebildet, wie in den 3 und 4 gezeigt ist, und umfaßt einen Abschnitt 70 mit einem schalenförmigen Querschnitt sowie einen Flansch 72, der sich von einem Rand des Abschnitts 70 aus erstreckt. Der Flansch 72 ist sowohl mit der Manschettenabdeckung 52 als auch mit dem Gelenkaußenteil 36 des Gleichlaufgelenks in Kontakt. Der schalenförmige Abschnitt liegt radial innen. Der Schild 68 weist außerdem eine Öffnung 74 auf, die es ermöglicht, daß die Welle 26 in den erforderlichen Drehzahlen rotieren kann, ohne die Funktion des Schildes 68 und die Sperrwirkung des Schildes, die darin liegt, die Manschette 56 vor Kontakt mit Schmierfett und Hitze zu schützen, zu beeinträchtigen. Das Gleichlaufgelenk 10 ist so ausgelegt, daß es bei jeder beliebigen Winkelgröße betrieben werden kann, wobei das Schutzelement 68 bei jedem beliebigen Betriebswinkel des Gleichlaufgelenks 10 kontinuierlich Schutzwirkung gegenüber Hitze und Schmierfett entfaltet. Der aus Polytetrafluorethylen bestehende Schild 68 weist Isoliereigenschaften, die die Wärmeübertragung vom Gelenkaußenteil 36 zur Manschettenabdeckung 52 verringern, auf. Dadurch wird die Lebensdauer der Manschette 56 erhöht, indem verhindert wird, daß hohe Temperaturen auf das Manschettenmaterial einwirken. Es sei auch darauf hingewiesen, daß der Schild 68 als Dichtung zwischen dem Außenlaufring 36 und der Manschettenabdeckung 52 wirkt, wodurch ein Ersatz für Dichtungen oder O-Ringe nach dem Stand der Technik bereitgestellt wird, die verwendet werden mußten, um zwischen dem Gelenkaußenteil und der Manschettenabdeckung eine Abdichtung zu schaffen. Gleichlaufgelenke drehen sich mit hohen Drehzahlen und erzeugen extreme Temperaturen und Drücke, die auch das in denselben enthaltene Schmierfett beeinflussen. Wenn das Schmierfett direkt mit der Manschette 56 in Kontakt kommt und/oder hohe Temperaturen auf diese einwirken, entwickelt die Manschette 56 vorzeitig Brüche oder Risse und ermöglicht Leckverluste, wodurch das Gleichlaufgelenk 10 verunreinigt und schließlich zerstört wird. Die Konfiguration des Schutzelements 68 bewirkt, daß jegliches Schmierfett von der Manschette ferngehalten wird und verhindert, daß Hitze auf die Manschette 56 übertragen wird, wodurch die Lebensdauer des Gleichlaufgelenks 10 erhöht wird.
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5 zeigt eine alternative Ausführung eines Gleichlaufgelenks 210 und eines Schutzelements 268, wobei hier darauf hingewiesen sei, daß gleiche Bezugsendziffern gleiche Teile bezeichnen. Der erste Schild 268 umfaßt einen zweiten Flansch 278. Das Gleichlaufgelenk 210 entspricht dem Gelenk 10 und hat gleichartige Teile wie die zuvor beschriebenen, wobei jede Abweichung in der alternativen Ausführung nachfolgend beschrieben wird. Das Schutzelement weist einen ersten Schild 268 auf, umfaßt jedoch auch einen zweiten Schild 276, der an einer Welle 226 direkt nächst dem Gelenkinnenteil 244 befestigt ist. Der zweite Schild 276 ist auch innerhalb des Käfigs 248 des Gleichlaufgelenks 210 angeordnet. Der zweite Schild 276 ist im allgemeinen ringförmig mit einem schalenförmigen Querschnitt ausgebildet. Der zweite Schild 276 umgibt die Welle 226 und stellt ein weiteres Schutzelement bereit, wodurch die Moglichkeit, daß Schmierfett mit der Manschette 256 in Berührung kommt, verringert wird, wobei er gemeinschaftlich mit dem ersten Schild 268 zusammenwirkt. Der zweite Schild 276 ist mit dem ersten Schild 268 in Kontakt, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch eine Ausführung denkbar ist, bei der der erste und der zweite Schild nicht miteinander in Kontakt sind. Auf diese Weise wird jegliches Schmierfett, das mit dem zweiten Schild 276 in Kontakt kommt, in Richtung des schalenförmigen ersten Schildes 268 gelenkt und dadurch von der Manschette 256 ferngehalten. Die alternative Ausführung umfaßt alle Teile der ersten Ausführung, fügt dem Schutzelementsystem fur das Gleichlaufgelenk 210 jedoch den zweiten Schild 276 hinzu. Auf diese Weise wird entweder das Ein- oder das Zweischildsystem alle Probleme lösen, bei denen Hitze und/oder Schmierfett zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der Manschette 56 und letztendlich zum Versagen des Abdichtungssystems führt, wenn die Manschette mit Hitze und/oder Schmiermittel in Berührung kommt.
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Die vorliegende Erfindung wurde beispielhaft beschrieben; es versteht sich, daß die verwendete Terminologie der Beschreibung und nicht der Begrenzung dient.
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Es sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Licht der obigen Lehre möglich. Aus diesem Grund kann die vorliegende Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der zugehorigen Ansprüche auch anders, als spezifisch beschrieben, praktiziert werden.