Faltenbalg mit Aufnahme für einen Sicherungsring sowie Verfahren zu dessen

Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Faltenbalg für eine Gelenkanordnung mit Falten, einer Achse und einer Gelenkstirnseite, bei dem der Bereich der Gelenkstirnseite mittels Blasumformung hergestellt ist und eine Aufnahme für einen Sicherungsring bildet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Faltenbalges.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Dichtsystem für ein Tripode-Gelenk, das beispielsweise bei Kraftfahrzeugen zur Drehmomentübertragung eingesetzt wird. Dabei wird der Faltenbalg einerseits mit einem Gelenkteil (so genanntes „großes Ende") und andererseits mit einer Welle (so genanntes „kleines Ende") verbun- den. Zur Befestigung des Faltenbalgs an dem Gelenkteil (ebenso wie an der Welle) wird regelmäßig ein Sicherungsring verwendet, der vor der Montage des Gelenks in einer konkreten Aufnahme des Faltenbalgs positioniert wird. Dabei ist sicherzustellen, dass die Lage des Sicherungsring in der Aufnahme bei der Monatage im Wesentlichen unverändert bleibt. Dabei ist gleichzeitig zu gewährleisten, dass der Sicherungsring ohne weiteres so über den Faltenbalg geschoben werden kann, dass er in die für ihn vorgesehene Aufnahme eingreift. Zu diesem Zweck ist bekannt, über den Umfang des Faltenbalgs verlaufende Erhebungen auszubilden, die die Aufnahme begrenzen.

Zur Herstellung des Faltenbalgs bzw. einer solchen Aufnahme, insbesondere auf der Seite des Faltenbalgs, die mit dem Gelenk verbunden ist, können verschiedene Verfahren zum Einsatz gelangen. Je nach Material des Faltenbalges werden dabei Innenhochdruckumformen und/oder Spritzverfahren bevorzugt. Die Herstellung der Begrenzung der Aufnahme aus Vollmaterial, wie dies beispielsweise bei Gummimaterialien bevorzugt ist, erfolgt bevorzugt durch Spritzgießen oder Formpressen. Faltenbalge die mit thermoplastischen Material hergestellt werden,

werden zumindest überwiegend mit einem Innenhochdruckverfahren, insbesondere dem so genannten „press blow molding", gefertigt. Dieses Verfahren führt insbesondere zur gleichmäßigen Ausbildung der Falten des Faltenbalges.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Faltenbalg und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, dass die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise löst. Insbesondere soll ein Faltenbalg angegeben werden, der eine wiederholte Montage und Demontage eines Sicherungsrings hin zum Faltenbalg sicher gewährleistet, ohne beispielsweise die Auf- nähme zu beschädigen. Darüber hinaus soll die Aufnahme so gebildet sein, dass diese leicht im Rahmen einer Serienfertigung herstellbar ist. Darüber hinaus ist ein geeignetes Herstellungsverfahren anzugeben.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Faltenbalg gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Herstellung eines Faltenbalgs gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5. Besonders bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln angegebenen Merkmale, in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinan- der kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung gehen auch aus der Beschreibung und der Figurenbeschreibung hervor.

Der erfindungsgemäße Faltenbalg für eine Gelenkanordnung mit Falten, einer Achse und einer Gelenkstirnseite, bei dem der Bereich der Gelenkstirnseite mittels Blasumformung hergestellt ist, bildet eine Aufnahme für einen Sicherungsring, wobei die Aufnahme nahe der Falten mit einer Mehrzahl von nach außen gerichteten Auswölbungen ausgeführt ist, die eine Vertiefung und zumindest eine Aufnahmekante bilden.

Im Hinblick auf den Faltenbalg ist auszuführen, dass dieser regelmäßig eine in etwa konische Form aufweist, so dass die an der Stirnseite jeweils gebildeten öffnungen einen unterschiedlich großen Durchmesser haben. Die kleine öffnung dient dabei zur Fixierung des Faltenbalgs an einer Welle, während die große öff- nung zur Befestigung an dem Gelenk dient. Nunmehr ist möglich, den Faltenbalg mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren zu fertigen, beispielsweise kann die Stirnseite, die an die Welle zu montieren ist, mit einem Spritzgussverfahren hergestellt sein. Die Falten des Faltenbalges und hier insbesondere der Bereich der Gelenkstirnseite mit der Aufnahme für den Sicherungsring wird bei dem erfin- dungsgemäßen Faltenbalg durch Blasumformung, insbesondere dem so genannten „press blow molding", hergestellt. Die Herstellungsweise des Faltenbalgs hat direkte Auswirkungen auf die Beschaffenheit des Faltenbalges, so dass insbesondere die Materialquerschnitte voneinander verschieden ausgeführt sind.

Die Aufnahme für den Sicherungsring verläuft vorteilhafterweise in Umfangsrich- tung des Faltenbalges. Sie kann insbesondere nach Art einer Nut ausgeführt sein. Die Begrenzung der Aufnahme hin zum Gelenk kann auf eine bekannte Art und Weise ausgeführt sein. Die andere Begrenzung, nämlich zur Richtung hin zu den Falten, wird hier mit einer Mehrzahl von nach außen gerichteten Auswölbungen ausgeführt. Vorteilhafterweise werden mindestens vier, bevorzugt sogar acht, solcher Auswölbungen vorgesehen. Diese Auswölbungen sind vorteilhafterweise in regelmäßigen Abständen über den Umfang des Faltenbalges im Bereich der Gelenkstirnseite verteilt angeordnet. Diese dienen beispielsweise dazu, dass ein über die Gelenkstirnseite übergestülpter Sicherungsring bei der Montage an die Ge- lenkanordnung in der Aufnahme gehalten wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Sicherungsring gerade bei einer vertikalen Montage hin zu den Falten aus der Aufnahme rutscht bzw. sich verkantet. Demnach bildet diese Auswölbung nun auf der Seite hin zur Aufnahme eine Aufhahmekante. In Umfangsrichtung wird nunmehr die Aufnahme durch eine Mehrzahl, von über den Umfang begrenzt und voneinander beabstandeten Aufhahmekanten der Auswölbungen gebildet, so dass eine in Umfangsrichtung fortlaufende Aufhahmekante hin zu den Falten nicht

vorgesehen ist. Auf diese Weise lassen sich bei gleichem Materialeinsatz beispielsweise höhere bzw. sich weiter radial auswärts erstreckende Auswölbungen generieren, die eine sichere Positionierung des Sicherungsrings gewährleisten.

Um den Unterschied bezüglich der Herstellung der Auswölbungen zu veranschaulichen, wird darauf hingewiesen, dass die Auswölbungen eine Vertiefung bilden. Damit ist insbesondere gemeint, dass die Auswölbungen keinen massiven Querschnitt haben. Mit anderen Worten heißt das auch, dass bezogen auf den Querschnitt die Oberkante der Auswölbung einen beispielsweise bogenförmigen Ver- lauf hat und die Unterseite diesem Verlauf (im Wesentlichen) folgt. Folglich ist eine Materialanhäufüng in dem Bereich der Aufnahme vermieden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsvariante des Faltenbalges hat die Aufhahmekante zumindest nahe einer Kuppe einen Winkel, der mit einer Ebene senkrecht zur Achse des Balges im Bereich bis 45 Grad liegt, insbesondere in einem Bereich von 20 Grad bis 45 Grad. Damit wird insbesondere zum Ausdruck gebracht, dass die Aufhahmekante (zumindest im radial äußeren Bereich) keinen rechten Winkel mit der Aufnahme bildet. Vielmehr läuft die Kuppe ausgehend von der Aufnahme hin zu den Falten schräg. Der Winkel ist dabei relativ flach, hat jedoch wesentliche Vorteile im Hinblick auf die formgenaue Herstellung dieser Auswölbungen mit dem Blasumform- Verfahren. Insbesondere kann auf diese Weise eine bei dem Herstellungsverfahren übliche Naht- bzw. Zipfelbildung im Bereich der Kuppen der Auswölbung vermieden werden. Die somit relativ gleichmäßige Oberfläche der Auswölbung hat zur Folge, dass unerwünschte Schädigungen der Oberfläche durch Kontakt mit anderen Bauteilen bzw. dem Sicherungsring vermieden werden. Ebenso kann auf eine Nachbearbeitung der Oberfläche des Faltenbalgs gegebenenfalls verzichtet werden.

Einer bevorzugten Ausführungsvariante zufolge ist die schräge Aufhahmekante mit einer Fase gebildet. Im Bereich der Fase kann eine Reduzierung der Wandstärke auftreten. Insbesondere kann der Verlauf der Oberseite und der Unterseite

der Auswölbung im Bereich der Fase verschieden ausgeführt sein, wobei insbesondere eine ebene Oberseite und eine gebogene Unterseite der Auswölbung vorliegen. Die Fase erstreckt sich insbesondere über einen Bereich von zumindest 1 mm, insbesondere in einem Bereich von 1,5 bis 2 mm. Auch mit einer solchen Ausgestaltung der Auswölbung kann die Zipfelbildung während der Herstellung mittels Blasumformung deutlich reduziert bzw. vermieden werden.

Bevorzugt ist auch, dass die Auswölbung eine mittlere Wandstärke hat, die der der anschließenden Falte entspricht. Wie bereits ausgeführt, kann die Wandstärke über den Verlauf der Auswölbung variieren. Mit dem Begriff „mittlere" Wandstärke ist also ein Mittelwert der Wandstärke gemeint. Klar ist, dass die Wandstärke im Bereich der Auswölbung und der Falte funktionsbedingt ist, daher also geringen Variationen unterworfen sein, kann, gleichwohl kann insbesondere im Hinblick auf das „press blow molding" eine im wesentlichen gleiche mittlere Wandstärke von Auswölbung und Falte realisiert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faltenbalges angegeben, das zumindest folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Werkzeuges mit einer Innenfläche, die der äußeren Gestalt des Faltenbalges mit Falten und mit einer Aufnahme für einen Sicherungsring entspricht, wobei im Bereich der Aufnahme nahe der den Falten entsprechenden Einbuchtungen eine Mehrzahl von Einwölbungen vorgesehen ist, die eine schräge Anlagefläche bilden, b) Positionieren eines Hohlkörpers mit einem Innenbereich in dem Werk- zeug, c) Einleiten eines Druckmediums in den Innenbereich, wobei der Hohlkörper so aufgeweitet wird, dass dieser an der Innenfläche zur Anlage kommt, d) Entfernen des Faltenbalges aus dem Werkzeug.

Das vorstehend genannte Verfahren ist insbesondere zur Herstellung des erfindungsgemäß beschriebenen Faltenbalges geeignet.

Dabei wird bevorzugt auf das bekannte Verfahren „press blow molding" verwiesen, das insbesondere noch einmal mit Bezug auf die Figuren 5 bis 8 erläutert wird. Darüber hinaus können Details des Verfahrens beispielsweise aus der EP 0 535 254 Al entnommen werden. Die dortigen Erläuterungen zum Herstellungsverfahren können zur Erläuterung des Verfahrens „press blow molding" herangezogen werden und sind somit Teil der vorliegenden Beschreibung. Das betrifft insbesondere die Bereitstellung und Positionierung eines Hohlkörpers in dem Werkzeug, das Einleiten des Druckmediums in den Innenbereich, das Aufweiten des Hohlkörpers, sowie das Entfernen des fertigen Faltenbalges aus dem Werkzeug.

Hierbei wird nun die Abwandlung vorgenommen, dass das Werkzeug mit einer schrägen Anlagefläche im Bereich der Mehrzahl von Einwölbungen ausgeführt ist, um eine abgeflachte bzw. schräge Aufhahmekante der Auswölbungen des Faltenbalges zu realisieren.

Zur Realisierung einer Gelenkanordnung, insbesondere eines Tripode-Gelenkes, sind zumindest ein Gelenkaußenteil mit einem Hohlraum und ein Gelenkinnenteil mit einer Mehrzahl von Rollkörpern, das in dem Hohlraum verschwenkbar und drehbar angeordnet ist, vorgesehen, wobei diese mit einem erfindungsgemäßen Faltenbalg oder einem Faltenbalg, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, so zusammen gefügt sind, dass der Hohlraum und das Gelenkinnenteil vom Faltenbalg umgeben sind. Die sichere Montage wird nun über die neu gestalteten Aufnahmen für den Sicherungsring gewährleistet. Der Faltenbalg kann dabei zusätzlich ein Gleit- bzw. Schmiermittel aufnehmen, um die Relativbewegungen von Gelenkinnenteil, Körpern und Gelenkaußenteil während des Betriebes dauerhaft geräuscharm zu ermöglichen.

Schließlich wird auch ein Fahrzeug vorgeschlagen, das zumindest einen erfindungsgemäßen Faltenbalg oder einen Faltenbalg hergestellt mit dem erfindungs-

gemäßen Verfahren oder zumindest eine vorstehend beschriebene Gelenkanordnung aufweist.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 : den grundsätzlichen Aufbau einer Gelenkanordnung als Tripodege- lenk im Teil-Längsschnitt,

Fig. 2: ein Tripode-Gelenk im Querschnitt,

Fig. 3 : eine Teilansicht einer Ausführungsvariante des Faltenbalges,

Fig. 4: eine Teilansicht im Querschnitt einer weiteren Ausgestaltung des

Faltenbalges,

Fig. 5: ein Werkzeug zur Herstellung eines Faltenbalges,

Fig. 6: ein Detail des Werkzeuges aus Fig. 5,

Fig. 7: eine mögliche Ausgangsposition für den Beginn einer Blasumformung in dem Werkzeug,

Fig. 8: eine mögliche Situation nach Beendigung der Blasumformung, und

Fig. 9: ein Kraftfahrzeug zur Veranschaulichung der Position von Gelenkanordnungen.

Fig. 1 zeigt schematisch und in einem Teil-Längsschnitt eine Gelenkanordnung 2 nach Art eines Tripode-Gelenkes. Bei einem solchen Tripodengelenk wird zum einen ein Drehmoment von der Welle 22 hin auf das Gelenkaußenteil 16 übertragen, wobei gleichzeitig eine in Richtung der Achse 4 eintretende Relativbewe- gung zwischen Welle 22 und Gelenkaußenteil 16 ermöglicht ist. Zudem kann die Welle 22 gegenüber der Achse 4 abgebeugt werden. Zur Drehmomentübertragung ist die Welle 22 mit dem Gelenkinnenteil 18 verbunden, beispielsweise über eine Keilverzahnung, wie dies aus Fig. 2 entnommen werden kann. Das Gelenkinnenteil 18 weist nun beispielsweise drei Stutzen auf, auf denen eine entsprechende Anzahl von Rollkörpern 19 positioniert sind. Diese Rollkörper 19 sind nun in entsprechenden Führungsbahnen des vom Gelenkaußenteil 16 gebildeten Hohlraums 17 positioniert. Demnach kann eine Rotation der Welle 22 über die Rollkörper 19 auf das Gehäuseaußenteil 16 übertragen werden, so dass dieses ebenfalls in Um- fangsrichtung 21 rotiert.

Außen über den Umfang 21 des Gelenkaußenteils 16 ist die Gelenkstirnseite 5 eines Faltenbalges 1 mit einem Sicherungsring 7 befestigt. Die gegenüberliegende Wellenstirnseite 23 des Faltenbalgs 1 ist in ähnlicher Weise mit der Welle 22 verbunden. Zur Kompensation der axialen Relativbewegung zwischen Welle 22 und dem Gelenkaußenteil 16 weist der Faltenbalg 1 eine Mehrzahl von Falten auf. Eine passgenaue Positionierung der Sicherungsringe 7 erfolgt dabei durch entsprechend ausgebildete Aufnahmen 6 des Faltenbalgs 1, die in Richtung des Um- fangs 21 außen nahe der Stirnseiten ausgebildet sind.

Eine erste Ausführungsvariante einer solchen Aufnahme 6 an der Gelenkstirnseite 5 geht aus Fig. 3 hervor. Der Sicherungsring 7 wäre für eine Montage nun von der Gelenkstirnseite 5 aus hin in die Aufnahme 6 zu schieben. Dabei hat der Sicherungsring 7 ausreichend Spiel, so dass die Erhebung nahe der Gelenkstirnseite 5 überwunden werden kann. Um nunmehr ein Abrutschen bzw. Verkanten des Si- cherungsrings 7 hin zu den Falten 3 zu vermeiden, weist die Aufnahme 6 nahe der Falten 3 eine Mehrzahl von nach außen gerichteten Auswölbungen 8 auf, die zu-

sammen eine (unterbrochene) Aufiiahmekante 10 bilden. Bei der hier veranschaulichten Ausfuhrungsvariante liegen alle gleichmäßig über den Umfang 21 des Faltenbalges 1 verteilten Auswölbungen 8 in einer gemeinsamen Ebene 13 senkrecht zur Achse 4 des Faltenbalges 1. Die Auswölbungen 8, die gegebenenfalls auch als lokale Mikrofalten beschrieben werden können, sind ebenfalls durch Blasumformung hergestellt, wie der gesamte hier dargestellte Bereich des Faltenbalges 1.

Fig. 4 zeigt nun eine weitere Ausführungsvariante der Aufnahme 6 eines Faltenbalges 1 im Querschnitt und im Detail. Wiederum ist die Aufnahme 6 angrenzend zur Gelenkstirnseite 5 ausgebildet. Die in Richtung der Falten 3 liegende Aufnahmekante 10 wird durch die veranschaulichte Auswölbung 8 gebildet. Diese Auswölbung 8 weist aufgrund der Vertiefung 9 eine im Wesentlichen gleich blei- .bende Wandstärke 15 auf; die Auswölbung 8 ist also nicht aus einem Vollmaterial gefertigt. Zur Vermeidung einer Zipfelbildung im Bereich der Kuppe 11 weist die nach außen gerichtete Auswölbung 8 einen Winkel 12 auf. Diese schräge Aufnahmekante 10 wird dabei durch eine Fase 14 gebildet. Diese Fase 14 wird direkt mit dem Herstellungsverfahren der Auswölbung 8 (insbesondere durch „press blow molding") erzeugt.

Die Fig. 5 bis 8 sollen das Herstellungsverfahren für einen solchen Faltenbalg veranschaulichen. Ausgangsbasis stellt ein Werkzeug 24 dar, das beispielsweise eine zweigeteilte Blasform 31 umfasst. In dieser Blasform 31 ist im Wesentlichen die äußere Kontur des zu fertigenden Faltenbalgs mittels der Innenfläche 25 ausgestaltet. Wesentlicher Bestandteil dieser Innenfläche 25 sind insbesondere die die Falten bildenden Einbuchtungen 26. Stirnseitig zu diesen beiden Blasformen 31 ist beispielsweise eine Halterung 32 und ein Blaskopf 33 positioniert. Während der Blaskopf 33 beispielsweise die Haltefunktion des Rohlings bzw. des Werkstücks übernimmt, kann über den Blaskopf 33 das Druckmedium in den Rohling eingebracht werden.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Faltenbalges weist dieses Werkzeug 24 eine Besonderheit auf, die aus der Fig. 6 hervorgeht. Die Fig. 6 zeigt ein Detail, dessen Lage aus der mit VI entsprechend gekennzeichneten Position in Fig. 5 hervorgeht. Dort ist nun im Bereich der späteren Gelenkstirnseite des Faltenbalges und nahe zur letzten Einbuchtung 26 eine Mehrzahl von Einwölbungen 27 vorgesehen, die jeweils eine schräge Anlagefläche 28 bilden. Diese schräge Anlagefläche 28 generiert letztendlich den gewünschten Winkel 12 zur Kuppe 11 der Auswölbung 8 des Faltenbalges 1 bzw. deren Fase 14.

In Fig. 7 ist nun der Hohlkörper 29 zwischen den beiden Blasformen 31 dargestellt. Dieser besteht beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff (TPE). Nunmehr werden die beiden Blasformen 31 hin zum Hohlkörper 29 bewegt, so dass diese eine geschlossene Blasform bilden. Nachdem das Werkzeug 24 geschlossen ist, wird, gegebenenfalls unter einer Temperaturerhöhung, ein Druckmedium in einen Innenbereich 30 des Hohlkörpers 29 gegeben. Auf diese Weise schmiegt sich das Material des Hohlkörpers 29 zunehmend an der Innenfläche 25 des Werkzeuges an (plastische Verformung). Dies wird insbesondere in Fig. 8 veranschaulicht. Nach Beendigung dieser Umformung und gegebenenfalls einem Abkühlvorgang kann der fertige Faltenbalg 1 aus dem Werkzeug 24 ent- fernt werden, wobei insbesondere Grate oder Haltestutzen noch bearbeitet werden können. Dieses Verfahren ist mit kurzen Prozesszeiten realisierbar, eignet sich demnach insbesondere zur Serienfertigung solcher Faltenbalge.

In Fig. 9 soll schematisch noch einmal die Einsatzmöglichkeit eines solchen FaI- tenbalgs veranschaulicht werden. Die Drehmomentübertragung bei einem Kraftfahrzeug 20 erfolgt über ein Getriebe 34, wobei das Drehmoment über Seitenwellen 36 direkt auf die Räder oder aber erst über Längswellen 35 hin zu beabstande- ten Seitenwellen 36 bzw. Rädern übertragen wird. Hierzu können unterschiedliche Gelenkanordnungen 2 zum Einsatz gelangen, wobei vorteilhafterweise zumindest eine Gelenkanordnung 2 den hier beschriebenen Faltenbalg 1 aufweist.

Bezugszeichenliste

1 Faltenbalg

2 Gelenkanordnung

3 Falte

4 Achse

5 Gelenkstimseite

6 Aufnahme

7 Sicherungsring

8 Auswölbung

9 Vertiefung

10 Aufhahmekante

11 Kuppe

12 Winkel

13 Ebene

14 Fase

15 Wandstärke

16 Gelenkaußenteil

17 Hohlraum

18 Gelenkinnenteil

19 Rollkörper

20 Kraftfahrzeug

21 Umfang

22 Welle

23 Wellenstirnseite

24 Werkzeug

25 Innenfläche

26 Einbuchtung

27 Einwölbung

28 Anlagefläche

29 Hohlkörper

Innenbereich

Blasform

Halterung

Blaskopf

Getriebe

Längswelle

Seitenwelle