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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bei
einer Abdichtung mit einem elastischen Dichtungselement für
hin- und herbewegliche Kopplungen und spezieller eine
Abdichtung mit einem elastischen Dichtungselement, um den
Kopplungsbereich zwischen zwei Bauelementen zu schützen, die
sich mit einer Dreh- und etwaiger Translationsbewegung
relativ zueinander hin- und herbewegen. Solche Abdichtungen
werden mit Gewinn in Umgebungen und/oder Situationen
verwendet, die durch Staub, Flüssigkeiten usw. äußerst verunreinigt
sind und bei denen die hin- und hergehenden Bewegungen der
Kopplungsteile einen sehr weiten Frequenzbereich aufweisen.
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Eine spezielle, aber nicht beschränkende Anwendung ist
diejenige des Bereichs von Straßenfahrzeugen, um die Lager in den
Anbringungen für die Schwenkarme der Fahrzeugaufhängungen zu
schützen.
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Im gegenwärtigen Stand der Technik ist es für diesen Zweck
bekannt, eine Abdichtung mit einem elastischen
Dichtungselement zu verwenden, das von einem napfförmigen Ringelement aus
elastomerem Material von konstanter Dicke gebildet ist. Das
Element wird an seinem Außen- und Innenumfang durch
Erweiterungen begrenzt, die zwei Metallverstärkungselemente
einkapseln, die durch das elastomere Material vollständig
bedeckt werden. Da die beiden Verstärkungselemente in
zusammenwirkenden Sitzen mit der Zwischenschaltung einer dünnen
Schicht von elastomerem Material angebracht sind, statt mit
einem Metall-Metall-Kontakt, kann während eines Betriebs
zwischen jedem der sich hin- und herbewegenden Teile und dem
jeweiligen Verstärkungselement eine relativ zueinander
gleitende Bewegung auftreten, mit Folgeproblemen, wie z. B.
Abrieb, Überhitzung, Undichtheit, Losewerden der Teile usw.
Ähnliche Probleme können auch durch eine mangelhafte koaxiale
Anordnung der Abdichtung zu den relativ zueinander
beweglichen Elementen bewirkt werden, zwischen denen die
Abdich
tung eine Dichtung bilden soll.
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Schließlich ist die Leistung von Abdichtungen mit elastischen
Elementen vom oben beschriebenen Typs klarerweise abhängig
von den mechanischen Eigenschaften des Gleitelements;
Elemente, die zu starr sind, können tatsächlich nicht sehr gut
arbeiten, während Elemente, die zu dünn sind, beim Gebrauch
aufgrund der hohen Dauerbeanspruchungen, denen sie
unterworfen sind, brechen können.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Abdichtung mit
einem elastischen Dichtungselement bereitzustellen, die ohne
die Probleme ist, die man bei Abdichtungen von diesem Typ
antrifft, die gegenwärtig im Stand der Technik zur Verfügung
stehen, und insbesondere eine Abdichtung bereitzustellen, die
einfach und ökonomisch herzustellen ist, eine außerordentlich
wirkungsvolle Dichtung liefert, mit geringer Reibung arbeiten
kann und die eine lange Gebrauchsdauer aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte
Abdichtung mit einem elastischen Dichtungselement für
Kopplungen bei einer relativ zueinander hin- und hergehenden
Bewegung bereitgestellt, umfassend: ein als ringförmiger Flansch
geformtes, durch verdickte innere und äußere Randteile
begrenztes elastomeres Element, wobei der innere Randteil an
eine äußere Oberfläche eines zylindrischen Teils eines ersten
Metallverstärkungselements anvulkanisiert ist, der äußere
Randteil an eine innere Oberfläche eines zylindrischen Teils
eines zweiten Metallverstärkungselements anvulkanisiert ist;
dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine Mehrzahl von
Verstärkungsrippen aufweist, die als Einheit damit auf einer
Umfangsoberfläche des Elements aus demselben elastomeren
Material wie das Element gebildet sind und sich radial
zwischen den Randteilen erstrecken.
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Die EP-A-547405 offenbart eine Abdichtung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
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Diese und andere Eigenschaften der Abdichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der folgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die mit Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen nur anhand eines nicht
begrenzenden Beispiels gegeben wird.
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Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht einer
zusammengesetzten Ausführungsform der Abdichtung der
vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 ist eine Aufrißfrontansicht einer oberen Hälfte
der Abdichtung der vorliegenden Erfindung; und
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Fig. 3 ist ein vertikaler Schnitt, aufgenommen auf der
Linie III-III von Fig. 2 der Abdichtung der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel einer Verwendung der
Abdichtung gemäß der Erfindung, um eine bewegliche Kopplung
zwischen einem Schwenkarm 1 und einer ortsfesten Welle 2 zum
Tragen des Arms 1 zu schützen. An einem Ende 3 trägt der
Schwenkarm 1 eine Achse 4, beispielsweise für ein
Fahrzeugrad. Um zu ermöglichen, daß sich das Rad, das in der
Zeichnung nicht sichtbar ist, zur Bewegung über rauhen Untergrund
in einer vertikalen Ebene bewegt, dreht sich (oszilliert) der
Arm 1 symmetrisch um eine mittlere Stellung durch einen
Winkel von mehreren zehn Grad, beispielsweise 46º, in
entgegengesetzte Richtungen um die Welle 2.
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Der Arm 1 ist starr mit einer Hülse 6 verbunden, die auf
bekannte Weise mit der Welle 2 durch ein paar Rollager 8
gekoppelt ist, von denen nur das rechte im geschnittenen Teil
von Fig. 1 sichtbar ist. Eine Abdichtung 10 wird mittels
jeweiliger Metallverstärkungselemente 12 und 14 durch eine
Preßpassung, d. h. mit Übermaß, in jeweiligen zylindrischen
Sitzen in der Hülse 6 und in einem der Laufringe in den an
der Welle 2 befestigten Lagern 8 angebracht (Fig. 2 und
3). Eines von diesen ist folglich ortsfest für eine Drehung
mit der Hülse 6, während das andere durch den Laufring des
jeweiligen Lagers 8 ortsfest für eine Drehung mit der Welle 2
ist.
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Die Abdichtung 10 schließt ein Element 16 ein, das aus einem
elastomeren Material mit guten Elastizitäts- und
Dauerfestigkeitseigenschaften hergestellt ist. Das Element 16 liegt in
Form eines ringförmigen Flansches konstanter Dicke vor und
wird durch einen inneren Randteil 17 und einen äußeren
Randteil 18 begrenzt, die sowohl in der axialen als auch der
radialen Richtung verdickt sind; tatsächlich ist das Element
16 napfförmig und wird durch einen im wesentlichen
kegelstumpfartigen Flansch gebildet.
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Bei Gebrauch sind die Verstärkungselemente 12 und 14 und das
Element 16 koaxial zu der Welle 2 und der Hülse 6 angebracht.
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Sowohl der innere Randteil 17 als auch der äußere Randteil 18
weisen einen Randwulst 20 bzw. 21 auf, die von den Randteilen
17 und 18 auf derselben Seite bezüglich des Elements 16 und
genauer der Außenseite des Elements, wenn es bei Gebrauch
angebracht ist, axial vorstehen, nach rechts in Fig. 3. Der
innere und äußere Randteil 17 bzw. 18 des Elements sind an
die Verstärkungselemente 12 bzw. 14 anvulkanisiert.
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Das Element 16 muß konstruiert sein, um sämtlichen
Beanspruchungen zu widerstehen, die hervorgerufen werden, wenn die
Verstärkungselemente relativ zueinander abwechselnd in beide
Richtungen durch einen gegebenen Winkel gedreht werden, um
den relativ zueinander hin- und hergehenden Drehbewegungen
der Elemente 2 und 6 beim Gebrauch zu folgen. Aufgrund der
Toleranzen in den Komponenten der Kopplungen und dem Abrieb
oder der Fehlfunktion dieser Teile ist es außerdem auch
möglich, daß das Element 16 einem begrenzten Ausmaß an
axialer Beanspruchung unterworfen wird. Bei diesen Zuständen wird
das Element auch einer transversalen Beanspruchung in
radialen Ebenen unterworfen.
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Statt daß man ausschließlich das Element 16 mit der
Absorption dieser Beanspruchungen betraut, weist gemäß der
Erfindung die Abdichtung 10 erhabene radiale Rippen 22 auf einer
äußeren konischen Umfangsoberfläche 23 des Elements 16 auf,
wobei diese Rippen während des Einspritzschrittes mit dem
Element 16 als Einheit gebildet werden und aus demselben
elastomeren Material wie dasselbe gebildet sind.
Überraschenderweise wird die mechanische Festigkeit des Elements 16 so
beträchtlich erhöht, ohne daß ein entsprechender Anstieg in
seiner Steifigkeit bewirkt wird. Die Abdichtung 10 gemäß der
Erfindung vereinigt folglich ein hohes Maß an Elastizität mit
einer beträchtlichen Festigkeit, was im Stand der Technik nur
auf Kosten einer Verringerung der Elastizität der Abdichtung
erhältlich ist.
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In einer nicht beschränkenden Ausführungsform werden während
der Formgebung der Abdichtung 10 nicht weniger als 12 radiale
Rippen 22 auf der Umfangsoberfläche 23 gebildet, wobei diese
mit gleichem Winkel im Abstand angeordnet sind und an ihren
Enden mit beiden der Randwülste 20 und 21 des Elements 16 auf
eine abgestufte Weise verbunden sind. Man hat experimentell
tatsächlich gefunden, daß diese Minimalanzahl das Optimum
ist, um die Zwecke der Erfindung bei dieser speziellen
Anwendung zu erzielen; wenn die Abmessungen der Abdichtung 10
vergrößert werden, kann die Anzahl der Rippen 22 entsprechend
erhöht werden, während es nicht zweckmäßig ist, die Dicke der
Rippen abzuwandeln, wobei die optimale Dicke im wesentlichen
gleich der Dicke des Elements 16 ist.
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Außerdem wird der Einspritzformgebungsschritt, in dem die
Abdichtung 10 gebildet wird, vorzugsweise mit der
Bereitstellung der Einspritzdüsen der Form in Entsprechung mit den
Achsen der Rippen 22 ausgeführt, so daß sich die jeweiligen
Einspritzpunkte 22b (Fig. 2) auf diesen letzteren (oder
mindestens auf einigen von ihnen) befinden; während man
sicherstellt, daß ein dünnes Element 16 gebildet wird, wird
folglich das Risiko eines übermäßigen Einspritzdrucks, der
eine Welligkeit der Membran 16 hervorruft, was zu Ausschuß
führen würde, vermieden.
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Die Verstärkungselemente 12 und 14 sind normalerweise aus
Stahl hergestellt und werden mit dem Element 16 zusammen
geformt, um die Abdichtung 10 zu bilden. Jedes
Verstärkungselement wird durch einen zylindrischen Teil 24 gebildet, der
übergangslos an einem Ende mit einem Teil 25 verbunden ist,
der radial in Richtung auf das andere Verstärkungselement
gekrümmt ist, so daß eine Schulter gebildet wird. In der
Schnittansicht von Fig. 3 kann man sehen, daß die
Verstärkungselemente im Schnitt eine L-Form aufweisen.
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Als Ergebnis der Napfform des Elements 16 ist jeder axiale
Schnitt des Elements gegenüber einer Ebene senkrecht zur
Achse der Welle 2 geneigt, so daß die axialen Komponenten Ca
der Beanspruchungen, die im Element 16 hervorgerufen werden,
in entgegengesetzten Richtungen liegen und wie in Fig. 3
angezeigt ausgerichtet sind. Folglich werden die Schultern 25
an entgegengesetzten Enden des Elements 16 angeordnet, in
Positionen, so daß sie den genannten Komponenten Ca
entgegenwirken, ohne daß die Randteile des Elements beansprucht
werden, so daß sie von ihren Verstärkungenselementen
abbrechen.
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Die zylindrische Oberfläche 26 jedes Verstärkungselements 12
und 14, die von den Randteilen 17 und 18 des Elements nach
außen blicken, ist mit der Präzision bearbeitet, die
notwendig ist, um ein perfektes Passen an der Welle 2 bzw. der
Hülse 6 sicherzustellen, und weist keinerlei elastomeres
Material auf; folglich wird eine vollkommene Zentrierung des
Dichtungsrings 10 mit einer besseren und vorteilhafteren
Verteilung von Beanspruchungen auf dem Element 16 unter Last
sichergestellt.
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Es versteht sich, daß Variationen in der Form und
Abwandlungen bei Teilen oder Austausch von Teilen des verbesserten
dichtenden Dichtungsrings der Erfindung gemacht werden
können, ohne daß man dadurch vom Bereich der vorliegenden
Erfindung wie in den folgenden Ansprüchen definiert abweicht.