DE3604670C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Element zum Abdichten eines mechanischen drehmomentübertragenden Verschiebegelenkes nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, das zwischen den von ihm verbundenen Teilen eine relative Axialbewegung und vorzugsweise auch eine Beugung auffangen kann. Das Element ist insbesondere für ein Gleichlaufverschiebegelenk, so wie es üblicherweise in dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb verwendet wird, vorgesehen.

Gleichlaufverschiebegelenke finden in der Automobilindu­ strie zur Kraftübertragung auf die angetriebenen Vorder­ räder eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb und in anderen Bereichen weitverbreitete Anwendung. Bei einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb wird jedes angetriebene Rad von einer Antriebswellenanordnung mit einem getriebeseitigen Ver­ schiebegelenk und einem radseitigen Festgelenk getrieben, wobei das Verschiebegelenk erforderlich ist, um die Ent­ fernungsänderung zwischen dem Rad und dem entsprechenden Ausgangselement des Differentials als Folge der Fahrzeug­ aufhängungsbewegung aufzufangen. Jedes Gelenk muß abge­ dichtet sein, damit der Schmierstoff in dem Gelenk ver­ bleibt und damit es vor Schmutz und anderen von außen eindringenden Verunreinigungen geschützt wird.

Bisher wurde diese abdichtende Funktion erfüllt, indem für jedes Gelenk eine im allgemeinen als Faltenbalg bekannte elastische, üblicherweise aus einem Elastomer hergestellte Vorrichtung vorgesehen wurde. Hierdurch kann sich der Balg verformen, um die Beugung und Verschiebung des Gelenks auf­ zufangen. Solche Gelenkbewegungen können durch die Bewegung des Motors in seiner Aufhängung während des Leerlaufs sowie durch Aufhängungsbewegungen und Kurvenfahrten verursacht werden.

Solche elastischen Bälge haben weitverbreitete Anwendung gefunden, weisen aber bestimmte Nachteile auf. Sie sind relativ teuer, und wegen ihrer elastischen Natur müssen sie manuell eingebaut werden; kostenreduzierende mecha­ nische Zusammenbauverfahren können nicht angewendet werden, da sie auf genau vorgegebenen Abmessungen der einzubauen­ den Teile basieren. Die aus Elastomer hergestellten Bälge sind im Betrieb durch Schlageinwirkungen von der Straße her beschädigungsanfällig, und durch die im normalen Fahr­ betrieb auftretenden niedrigen und hohen Temperaturen ver­ schlechtern sich ihre Eigenschaften. Dazu kommt, daß die elastischen Bälge als Folge der Falten ein relativ großes Innenvolumen aufweisen, so daß eine große Menge Schmier­ stoff (meistens Fett) erforderlich ist, um eine einwand­ freie Gelenkschmierung zu gewährleisten. Außerdem werden viele Elastomerwerkstoffe angegriffen, wenn sie derartigen Schmierstoffen ausgesetzt sind, wodurch die Lebensdauer derartiger elastischer Faltenbälge weiter verkürzt wird.

Ein Element der gattungsbildenden Art ist aus der GB 1 1 90 863 bekannt. Bei dem hiermit vorgegebenen dreiteiligen Element bestehen alle drei Teile im wesentlichen aus sich teilweise überdeckenden Kugelabschnittsflächen, wobei die Abdichtung gegeneinander durch vom mittleren Teilstück radial nach innen gerichtete Lippen wird. Aufgrund der notwendigen Eigensteifigkeit der Anordnung ist diese Ab­ dichtung reibungsbehaftet und gegen Eindringen von Schmutz wenig wirksam.

Aus der US 18 87 755 ist ein funktionell zweiteiliges Element bekannt, bei dem das erste Teilstück jedoch aus drei verschiedenen Einzelteilen aufgebaut und somit sehr kompliziert ist. Durch eine doppelwandige Ausführung ist ein verbesserter Schutz gegen eintretenden Schmutz gegeben, das Element ist jedoch ausschließlich zum Überbrücken von Winkelbewegungen geeignet und aufgrund einer völlig klaren sehr beschädigungsanfällig.

Aus der US 32 60 071 ist ein Element bekannt, daß aus einem flexiblen Rollbalg und einer daran anschließenden starren kugeligen Schale besteht, die unmittelbar auf einem kugelförmig ausgebildeten Gelenkaußenteil gleitet. Auch hier ist der Schutz gegen Eintreten von Schmutz unter die starre Schale des Elementes sehr leicht möglich, wobei aufgrund der starren Ausführung wiederum sehr groß ist. Das Element ist nur zur Aufnahme von Winkelbewegungen vorgesehen, obwohl ein begrenzter axialer Ausgleich durch den rollbalgartigen Teil möglich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Element zu schaffen, das bei verbessertem Schutz gegen Schmutzeintritt und vergrößertem axialen Schiebeweg eine einfache Herstellung und Erleichterung bei der Montage zuläßt.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung darin, daß der weitere (dritte) Abschnitt einen zylindrischen, einseitig axial offenen Ringspalt aufweist, in dem der erste Abschnitt abdichtend axial verschieblich eingreift.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Element wenigstens ein Abschnitt aus einem im wesentlichen unelastischen Werk­ stoff, vorzugsweise aus einem halbstarren Polymer (mögli­ cherweise einem aushärtbaren Werkstoff) hergestellt ist, besteht die Möglichkeit der Verwendung mechanischer Zusam­ menbauverfahren, was zu einer Kostenreduzierung führt. Außerdem ist ein solcher Abschnitt weniger anfällig gegen Beschädigungen als bekannte Bälge aus Elastomer, er ist unempfindlicher gegen niedrige und hohe Temperaturen und neigt bei Kontakt mit einem Schmierstoff weniger zu Ma­ terialabbau.

Das Element ist also mit einem weiteren dritten Abschnitt versehen, der auf die Außenfläche des Gelenkaußenteils auf­ gesetzt ist und mit einem axial sich erstreckenden Umfangs­ schlitz versehen ist, mit dem sich das erste Ende des er­ sten mittleren Abschnitts in einem abdichtenden Schiebe­ eingriff befindet. Der Eingriff des ersten mittleren Ab­ schnitts mit der Gelenkaußenteilfläche ist daher indirekter Natur; er geschieht über das an dem Gelenkaußenteil unmit­ telbar befestigten weiteren dritten Abschnitt. Der Schlitz hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt.

Der von dem anderen Ende des ersten mittleren Abschnitts sich erstreckende weitere zweite Abschnitt, der abdichtend in den ersten Abschnitt eingreift, kann sich relativ hierzu bewegen, um die Gelenkbeugung aufzufangen. Der weitere zweite Abschnitt besteht vorzugsweise auch aus einem halb­ starren Polymer.

Der erste Abschnitt kann einen nicht-zylindrischen Schlitz aufweisen, in den der weitere zweite Abschnitt verschiebbar und abdichtend eingreift. Ein solcher Schlitz kann eine teilweise kugelige Form aufweisen, damit sich die Abschnit­ te relativ zueinander beugen können. Als Alternative kann sich der Schlitz radial zu dem ersten Abschnitt erstrecken.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Verschiebegelenk mit einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Elements,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Gelenk mit einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Elements.

Die Fig. 1 zeigt ein Gleichlaufverschiebegelenk mit einem ab­ dichtenden Element 11 gemäß der Erfindung. Das Gelenk weist ein Gelenkaußenteil 23 auf, das an seinem Ende 12 mit einem Umfangsflansch 13 versehen ist, der mit einem entsprechenden Getriebeteil des Kraftfahrzeugs verschraubt wird. Bei einer typischen Ausführungsform für ein Fahrzeug mit Vorderrad­ antrieb kann das Ende 12 des Gelenkaußenteils als Gelenkeingangs­ ende angesehen werden, das an einem Ausgangsflansch der Differen­ tialeinheit befestigt wird. Das Gelenk überträgt Drehmoment auf eine Ausgangswelle 14, die sich von dem anderen Ende 15 des Gelenks aus erstreckt. In einer anderen Gelenkausführungs­ form kann das Gelenkaußenteil anstelle des Flanschs 13 einen Achsstumpf zur Befestigung an einem Getriebeteil aufweisen.

Das Gelenk weist weiterhin ein in einer zylindrischen Bohrung 22 angeordnetes Gelenkinnenteil 20 auf, wobei die zylindrische Bohrung 22 sich durch das Gelenkaußenteil 23 erstreckt und an der Welle 14 befestigt ist. Das Drehmoment wird zwischen dem Gelenkaußen- und -innenteil durch eine Anzahl von umfangsverteilten Kugeln 16 übertragen - in einem typischen Ausführungsbeispiel sind sechs Kugel vorgesehen - wobei jede Kugel in einem Paar gegenüberliegender, axial sich erstreckender, in dem Gelenkaußen- und -innenteil ausgebildeter Rillen aufge­ nommen wird. Die einzelnen Kugeln werden in Fenstern eines ringförmigen, zwischen den Gelenkteilen angeordneten Käfigs 17 aufgenommen, wobei der Käfig mit einer teilweise kugeligen Innenfläche 18 versehen ist, die in die teilweise kugelige Außenfläche 19 des Gelenkinnenteils 20 eingreift. Der Käfig weist ebenso eine teilweise kugelige Außenfläche 21 auf, die in die Bohrung 22 durch das Gelenkaußenteil 23 zwischen den darin ausgebildeten kugelaufnehmenden Rillen eingreift.

Im Betrieb können Gelenkinnen- und -außenteil sich relativ zueinander beugen und auch eine Relativbewegung entlang der Drehachse des Gelenkaußenteils ausführen. Während dieser Relativbewegung können die Kugeln 16 entlang den Rillen in dem Gelenkaußen- und -innenteil gleiten und werden mit ihren Mittelpunkten durch den Käfig in einer gemeinsamen Ebene gehalten, wobei die teilweise kugeligen Innen- und Außen­ flächen 18, 21 des Käfigs axial zueinander versetzt sind, um dem Gelenk die Gleichlaufeigenschaften zu verleihen. Während der Axialbewegung des Gelenks (Verschiebung) gleitet der Käfig entlang der zylindrischen Innenfläche 22 des Gelenk­ außenteils.

Wenn ein solches Gerät als getriebeseitiges Gelenk einer Antriebswellenanordnung eines Fahrzeugs mit Vorderradantrieb verwendet wird, kann sich das Gelenk von der ungebeugten Stellung aus um bis zu ca. 20° beugen, wobei die Beugung durch die Aufhängungsbewegungen und die Fahrzeuglenkung hervorgerufen wird. Die Gelenkverschiebung ist auch eine Folge solcher Aufhängungsbewegungen.

Damit der Schmierstoff in dem Gelenk verbleibt und um es vor Verunreinigungen zu schützen, weist es ein Element 24 auf; dieses muß während der langen Lebensdauer des Gelenks bei der Gelenkbeugung und -verschiebung seine abdichtende Fähigkeit aufrechterhalten. Das Gelenkaußenteil ist mit einem Element 26 versehen, das auf die axial sich erstreckende äußere Umfangsfläche 25 des Gelenkaußenteils aufgesetzt wird. Die Fläche 25 kann einem Zylinder angehören, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, oder welcher eine andere Form hat, z. B. kleeblattförmig im Querschnitt ist. Der Körper 26 ist mit einem Innenabschnitt 28 versehen, der in die Fläche 25 und einen Außenabschnitt 29 eingreift, wobei ein axial zu dem Gelenkaußenteil sich erstreckender zylindrischer Schlitz 30 dazwischen definiert ist.

Das Element weist weiterhin einen Abschnitt 27 auf, der ein im allgemeinen zylindrisch ausgeführtes Endteil 31 aufweist, das zum Zweck eines gleitenden und abdichtenden Eingriffs in dem Schlitz 30 des Abschnitts 26 aufgenommen wird. Das gegenüberliegende Endteil des Abschnitts 27 weist Mittel in Form eines weiteres Abschnitts 32 auf, der sich von dort aus erstreckt, um die Abdichtung des Gelenks zu vervoll­ ständigen. In dieser Ausführungsform ist der Abschnitt 27 mit einem teilweise kreisförmigen Schlitz 33 versehen, in dem ein entsprechend geformtes teilweise kreisförmiges Teil 34 des weiteren Abschnitts 32 aufgenommen wird. Die Abschnitte 27, 32 können so relativ zueinander gebeugt werden. Der Balgabschnitt 32 weist einen im allgemeinen zylindrischen Abschnitt 35 auf, der einen Teil der Welle 14, eine Umfangs­ rippe 37 auf der in einer Ausnehmung 36 in dem zylindrischen Abschnitt 35 angeordneten Welle umfaßt, um einen festsitzenden, einschnappenden Eingriff zu gewährleisten.

Die Teile 26, 27 und 32 sind aus halbstarren Werkstoffen hergestellt, vorzugsweise aus Nicht-Elastomeren. Mit Glas imprägnierte Polyamidwerkstoffe (Nylon) haben sich als geeignet erwiesen, da sie sehr widerstandsfähig gegen Beschädigung, hohe und niedrige Temperaturen und die Aus­ wirkung von Schmierfetten sind. Es versteht sich, daß die auf den in dem Element sich befindenden Schmierstoffe wirkende Zentrifugalkraft den Schmierstoff veranlaßt, in die Bereiche der Teile 26, 27, 32 einzudringen, die eine relative Gleit­ bewegung ausführen, um auf diese Weise eine ausreichende Schmierung sicher­ zustellen. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Elements bestehen darin, daß sein Innenvolumen im Vergleich zu Falten­ bälgen reduziert ist, so daß eine geringere Menge Schmierstoff benötigt wird, und dadurch, daß die Teile aus halbstarren Werkstoffen hergestellt werden, wird die mechanische Hand­ habung während des Zusammenbaus erleichtert. Das Element kann ohne Klemmbänder oder andere, üblicherweise bei elastischen Bälgen verwendete Befestigungsvorrichtungen auf den Gelenk­ teilen angebracht werden, wodurch sich weitere Kostener­ sparnisse ergeben.

Das erfindungsgemäße Element benötigt keinen Abschnitt 26:
der Abschnitt 27 greift dann direkt in die Außenfläche 25 des Gelenkaußenteils ein. In einem solchen Fall ist die Fläche 25 vorzugsweise zylindrisch, damit der Abschnitt 27 als Folge der sich darin entwickelnden Zug- oder Ringspannung keiner Verzerrung unterliegt und im Hinblick auf die Außenfläche des Gelenk­ außenteils eine gute Abdichtung gewährleistet ist.

Die Fig. 2 zeigt ein Gleichlaufverschiebegelenk 111, das in jeder Weise dem der Fig. 1 entspricht. Das Element 124 hat jedoch eine andere Konfiguration.

Das Gelenkaußenteil 123 weist eine Außenfläche 125 und einen Befestigungsflansch 113 auf. Ein Element 126 wird auf die Fläche 125 aufgesetzt, wobei diese Fläche kreiszylindrisch ist oder einen nichtkreisförmigen Zylinderquerschnitt - so, wie im Zusammenhang mit dem Gelenk der Fig. 1 beschrieben - aufweist. Das Element 126 ist mit Innen- und Außenteilen 128, 129 versehen, die einen axial sich dazwischen erstreckenden zylindrischen Schlitz 130 definieren. Ein mittlerer Abschnitt mit einem zylindrischen Teil 13 wird in diesem Schlitz aufgenommen, um eine abdichtende Ver­ bindung herzustellen, und kann axial innerhalb dieses Schlitzes gleiten.

An dem dem Teil 131 gegenüberliegenden Ende 138 weist der Abschnitt 127 ein Teil 132 mit einem radialen Schlitz 133 auf, in dem ein weiterer Abschnitt 134 aufgenommen wird, um eine radiale Gleitbewegung zu ermöglichen. Der weitere Ab­ schnitt 134 ist mit einem inneren ringförmigen Wulst 137 versehen, der in die Welle 114 eingreift, um die von dem Element geschaffene Abdichtung zu vervollständigen. An der ringförmigen Sicke kann eine Dichtungsmasse eingesetzt werden.

Das Element 124 fängt also die Gelenkbeugung auf, indem sich der Abschnitt 134 in dem Schlitz 133 bewegt, und die Gelenk­ verschiebung fängt er durch die axiale Gleitbewegung des Teils 131 des Abschnitts 137 in den Schlitz 130 auf. Wie bei der Ausführungs­ form nach Fig. 1 sind die Teile 126, 127, 132 aus halbstarren Werkstoffen, z. B. aus mit Glas imprägnierten Polyamiden herge­ stellt, um die gleichen Vorteile wie bei der Fig. 1 zu erzielen.

Obgleich die Erfindung im Zusammenhang mit einer Anwendung in einem Gleichlaufverschiebegelenk für ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb beschrieben wurde, versteht sich, daß sie ganz allgemein auf Verschiebegelenke in Fällen, wo ähnliche oder analoge Anforderungen gestellt werden, anwendbar ist.

Claims (8)

1. Element zum Abdichten eines mechanischen, drehmoment­ übertragenden Verschiebegelenks, mit einem Gelenkinnen­ teil, einem Gelenkaußenteil mit einer sich axial er­ streckenden Umfangsaußenfläche und Mitteln zur Dreh­ momentübertragung zwischen den Gelenkteilen bei gleich­ zeitiger Aufnahme der axialen Relativbewegung zwischen diesen, mit einem ersten mittleren Abschnitt (27, 127) aus einem im wesentlichen unelastischen Werkstoff mit einem Endteil (31, 131), das an die Umfangsaußenfläche (25, 125) des Gelenkaußenteils (23, 123) angepaßt und mit dieser in einen abdichtenden, axial verschiebbaren Eingriff bringbar ist, mit einem weiteren (zweiten) Ab­ schnitt (32, 132), der sich von dem anderen Endteil des ersten Abschnitts aus erstreckt und in einen ab­ dichtenden Eingriff mit einer Fläche einer mit dem Ge­ lenkinnenteil verbundenen Welle (14, 114) bringbar ist, und mit einem weiteren (dritten) Abschnitt (26, 126), der insbesondere aus einem im wesentlichen unelasti­ schen Werkstoff besteht, und dessen Innenfläche der Außenfläche (25, 125) des Gelenkaußenteils im Quer­ schnitt zumindest über einen Teil der axialen Länge entspricht und mit dem sich der erste Abschnitt (27, 127) in einem abdichtenden axialverschieblichen Ein­ griff befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere (dritte) Abschnitt (26, 126) einen zylindrischen, einseitig axial offenen Ringspalt (30, 130) aufweist, in den der erste Abschnitt (27, 127) abdichtend axial verschieblich eingreift.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere (zweite) Abschnitt (32, 132) aus einem im wesentlichen formsteifen Werkstoff besteht, der mit einem äußeren Bereich mit dem Ende des ersten Ab­ schnitts in einen abdichtenden, zumindest eine radiale Komponente aufweisenden verschiebbaren Eingriff bringbar ist.

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (27, 127) einen radial nach innen offenen Ringspalt aufweist, in den der weitere (zweite) Abschnitt (32, 132) mit seinem äußeren Bereich radial verschiebbar und abdichtend eingreift.

4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (33) und der äußere Bereich des weiteren (zweiten) Abschnitts (32) die Form eines Kugelabschnitts aufweisen.

5. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (133) und der äußere Bereich des weiteren Abschnitts (132) die Form einer radialen Ringscheibe aufweisen.

6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des weiteren (dritten) Abschnitts (26, 126) zumindest über einen Teil der axialen Länge einer Zylinderfläche von insbesondere kreisförmigem oder kleeblattförmigem Querschnitt entspricht.

7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere (zweite) Abschnitt (32) mit dem inneren Gelenkkörper, insbesondere mit einem sich an das Gelenkinnenteil anschließenden Wellenelement (14) mit einer innenliegenden Ausnehmung (36) in einen formschlüssigen, insbesondere unter Vorspannung stehenden Eingriff, bringbar ist.

8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere (zweite) Abschnitt (132) mit einem inneren ringförmigen Wulst (137) versehen ist, der mit einem Teil des Gelenkinnenkörpers, insbesondere ein damit verbundenes Wellenende (114), in abdichtenden, insbesondere kraftschlüssigen Eingriff bringbar ist.