Faltenbalg für eine Gelenkanordnung mit Aufnahme für einen Sicherungsring

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Faltenbalg für eine Gelenkanordnung mit einer Achse, einem Radius und zwei Stirnseiten, bei dem im Bereich angrenzend zu einer Stirnseite eine Aufnahme für einen Sicherungsring gebildet ist.

Solche Faltenbalge werden gerade im Automobilbau dazu eingesetzt, einen übergangsbereich von einer ein Drehmoment übertragenden Welle hin zu einem Ge- lenkaußenteil zu überbrücken und damit beispielsweise eine Möglichkeit zu schaffen, Schmierfett im Gelenkbereich anzuordnen und das Eindringen von Staub oder dergleichen in das Gelenk hinein zu verhindern.

Die Faltenbalge, die vorteilhafterweise aus einem thermoplastischen Material her- gestellt sind, weisen vielfach eine konusförmige Gestalt auf. Diese konusförmige Gestalt wird durch die unterschiedlich großen Stirnseiten bedingt, denn eine, zumeist kleinere, öffnung an einer Stirnseite umschließt die Welle, während gegenüber eine größere öffnung zur Aufnahme eines die Welle umgebenden Gelenkaußenteils dient. Zwischen diesen beiden Stirnseiten weist der Faltenbalg eine Mehrzahl von Falten auf, um nun ein Verschwenken und/oder eine Verschiebung der Welle gegenüber der Gelenkanordnung kompensieren zu können. Gerade im Anwendungsbereich bei einem Kraftfahrzeug muss die Verbindung zwischen Faltenbalg und Welle bzw. Gelenkaußenteil einer Vielzahl von dynamischen Bewegungen kompensieren, so dass eine dauerhafte und dichte Verbindung des Falten- balgs hin zur Welle und zum Gelenkaußenteil erforderlich ist.

Diese Verbindung wird regelmäßig durch einen, insbesondere metallischen, Sicherungsring verwirklicht, der zunächst auf dem Faltenbalg lose vormontiert wird und nach dem Fügen des Faltenbalgs hin zum Gelenkaußenteil bzw. zur Welle eine Durchmesserreduzierung erfährt, so dass der Faltenbalg zwischen dem Sicherungsring und der Welle bzw. dem Gelenkaußenteil verspannt ist.

Die Vormontage des Sicherungsrings erfolgt demnach bevorzugt in der Weise, dass der Sicherungsring mit einem Innendurchmesser, der etwas größer als der Außendurchmesser im Bereich der Aufnahme des Faltenbalgs ist, über die Stirn- seite in bereits geschlossenem Zustand übergestreift wird. Damit der Sicherungsring während des anschließenden Transportes und/oder der Montage hin zur Welle bzw. zum Gelenkaußenteil seine Position nicht in unerwünschter Weise verändert, ist die Aufnahme so gestaltet, dass ein Verrutschen und/oder Verkanten des Sicherungsringes nach Möglichkeit vermieden wird.

Insbesondere an der Stirnseite des Faltenbalges, die die kleinere öffnung bildet, also zur Montage an der Welle dient, kann eine Materialerhebung vorgesehen sein, die sich, an die Stirnseite anschließt und auf der gegenüberliegenden Seite eine Anschlagkante der Aufnahme bildet. Eine solche Materialerhebung bildet nur ein sehr geringes Spiel zum Sicherungsring bzw. muss deformiert werden, wenn der Sicherungsring übergestülpt wird. Damit soll sichergestellt sein, dass der Sicherungsring während oder nach der Vormontage nicht verloren geht.

Das überstülpen des Sicherungsrings ist jedoch gerade in Bezug auf eine Serien- fertigung problematisch, da eine sehr passgenaue und exakt ausgerichtete Position des Sicherungsrings eingenommen werden muss, bevor dieser auf den Faltenbalg montiert werden kann. Darüber hinaus ist möglich, dass bei einer Deformierung des Faltenbalgs durch den Sicherungsring Beschädigungen der Oberfläche auftreten, die später im Betrieb größere Schäden zur Folge haben können. Außerdem ist auch zu berücksichtigen, dass gegebenenfalls bei Instandsetzungs- oder Wartungsarbeiten an dem Gelenk eine den Faltenbalg schonende Demontage des Sicherungsrings verwirklicht werden sollte.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Faltenbalg für eine Gelenkanordnung anzugeben, der die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise löst. Insbesondere soll ein Falten-

balg vorgeschlagen werden, der eine sichere und schonende Vormontage des Sicherungsrings auf den Faltenbalg realisiert und gleichzeitig eine lange Lebensdauer eines solchen Faltenbalgs ermöglicht, selbst wenn dieser wiederholt montiert und demontiert werden muss.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Faltenbalg gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Faltenbalgs bzw. besonders bevorzugte Einsatzgebiete werden in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprü- chen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Erfindung wird zudem unter Angabe besonders bevorzugter Varianten in der.Beschreibung und der Figurenbeschreibung erläutert.

Der erfindungsgemäße Faltenbalg für eine Gelenkanordnung hat eine Achse, einen Radius und zwei Stirnseiten, wobei im Bereich angrenzend zu einer Stirnseite eine Aufnahme für einen Sicherungsring gebildet ist. Die Aufnahme an der Stirnseite ist von einer Mehrzahl Materialerhebungen begrenzt, die einen in Richtung des Radius gesehen schlanken Querschnitt und eine in entgegengesetzte Richtun- gen der Achse gesehen ungleiches Biegeverhalten aufweisen.

Die hier angeführten Materialerhebungen begrenzen insbesondere die Aufnahme nahe der Stirnseite mit der kleineren öffnung, die letztendlich zur Verbindung mit der Welle dient. Die Materialerhebungen, die insbesondere als Spritzgussteile mit Vollmaterial gebildet sind, sind bevorzugt in gleichmäßigen Abständen über den Umfang der Aufnahme verteilt angeordnet. Bevorzugt sind mindestens 4 Materialerhebungen, es können jedoch auch 5, 6, 7 oder 8 ausgebildet sein, wobei kleinere Anzahlen bevorzugt sind. Die Materialerhebungen haben in Richtung der Achse gesehen einen relativ schlanken Querschnitt, wobei insbesondere gemeint ist, dass deren Erstreckung in Richtung des Radius größer ist als deren Erstreckung in Richtung der Achse. Dies führt dazu, dass sich diese Materialerhebungen

relativ leicht deformieren bzw. verbiegen lassen und somit ein einfaches überstülpen des Sicherungsringes bei der Montage bzw. Demontage ermöglichen.

Durch die Ausfuhrung der Materialerhebungen mit ungleichen Biegeverhalten können die unterschiedlichen Funktionen der Materialerhebungen gezielt eingestellt werden. Die Funktionen betreffen insbesondere das Zentrieren des Sicherungsringes bei der Montage sowie das Fixieren des Sicherungsringes im montierten Zustand. Das ungleiche Biegeverhalten der Materialerhebungen durch die Kombination verschiedenartig gestalteter Materialerhebungen erreicht werden, das ungleiche Biegeverhalten kann jedoch auch bei einzelnen bzw. allen Materialerhebungen selbst verwirklicht sein. So können beispielsweise einzelne oder Gruppen von Materialerhebungen in einem Abschnitt des Umfangs des Faltenbalges mit einem ersten Biegeverhalten in Richtung der Achse unterschiedlich zu einem zweiten Biegeverhalten anderer Materialerhebungen in einem anderen Ab- schnitt ausgebildet sein, so dass gegebenenfalls unterschiedliche Ausrichtungen der Werkzeuge zur Montage bzw. zur Demontage des Sicherungsringes ein gleichermaßen einfaches Montieren und Demontieren ermöglichen. Die Vorsehung der schlanken Querschnitte mit ungleichem Biegeverhalten erlaubt demnach eine den Faltenbalg schonende Montage bzw. Demontage des Sicherungsringes, wobei der montierte Sicherungsring gleichermaßen stabil in der Aufnahme gehalten werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Faltenbalges sind zumindest die Materialerhebungen ein Spritzgussteil. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausgestal- tung, wobei die gesamte Aufnahme ebenfalls als Spritzgussteil ausgeführt ist. Dabei umfasst der Faltenbalg vorteilhafterweise einen thermoplastischen Kunststoff.

Gemäß einer Weiterbildung des Faltenbalges wird vorgeschlagen, dass die Materialerhebung in Richtung der Achse hin zur Aufnahme gesehen ein geringeres Biegemoment aufweist als in entgegengesetzter Richtung. Dies fuhrt insbesondere dazu, dass eine geringere Montagekraft zum überstülpen des Sicherungsringes

- A -

hin zur Aufnahme benötigt wird, als zur Demontage des Sicherungsringes. Durch den schlanken Querschnitt der Materialerhebung bleibt diese Demontagekraft jedoch immer noch ausreichend gering, um diesen Vorgang gegebenenfalls auch mehrmals ohne Beschädigung des Faltenbalges durchzurühren.

Bevorzugt ist auch eine Ausgestaltung des Faltenbalges, wobei die Materialerhebung eine Mittelebene bildet und der Querschnitt hierzu asymmetrisch ausgeformt ist. Das bedeutet mit anderen Worten, dass der Querschnitt eine unterschiedlich große Materialanhäufung bezogen auf die Mittelebene bildet. Die Mittelebene wird durch die Mitte der Breite der Materialerhebung radial innen definiert. Besonders bevorzugt ist die Materialanhäufung zwischen der Mittelebene und der Aufnahme größer als auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelebene.

Vorteilhaft ist auch, dass die Materialerhebung hin zur Aufnahme eine zur Achse senkrechte Anschlagkante und hin zur angrenzenden Stirnseite eine schräge Fase bildet. Die Fase dient insbesondere auch zur Zentrierung des geschlossenen Sicherungsringes, der montiert wird. Die senkrechte Anschlagkante verhindert, dass ein Lösen des Sicherungsringes von dem Faltenbalg auch bei einer leichten Kippbzw. Schräglage des Sicherungsringes in der Aufnahme vermieden wird.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Materialerhebung mit wenigstens einem der folgenden Mittel ausgeführt: Rippe, Aussparung, Beschichtung, Einlagerung. Mit Hilfe der Rippen, die beispielsweise in Umfangsrichtung verteilt und sich radial nach außen erstreckend ausgebildet sein können, kann gezielt das ungleiche Bie- geverhalten eingestellt werden. Zum gleichen Zweck können Aussparungen (wie z. B. Schlitze, Nuten, Kerben und dergleichen) und Einlagerungen (wie z. B. Versteifungselemente) in der Materialerhebung integriert sein. Zur Erhöhung der Abriebfestigkeit und/oder zur Beeinflussung der Oberflächenrauhigkeit können (teilweise) Oberflächen der Materialerhebung beschichtet sein.

Einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsvariante zufolge hat die Materialerhebung eine Breite in Richtung der Achse, eine Höhe in Richtung des Radius und eine Länge in Richtung des Umfangs des Faltenbalges, wobei folgende Beziehung gilt: Breite kleiner Höhe kleiner Länge. Damit sind insbesondere Materialerhe- bungen angegeben, die einen schlanken Querschnitt und gleichzeitig eine große Anlagefläche in Umfangsrichtung realisieren. Damit wird die Montage vereinfacht und das dauerhafte Fixieren des Sicherungsringes bei der Vormontage gewährleistet.

Besonders bevorzugt liegt die Breite der Materialerhebung in einem Bereich von 0,3 bis 0,9 mm, die Höhe im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm, wobei die Länge mindestens 5 mm beträgt.

Außerdem wird auch vorgeschlagen, dass die Materialerhebung in Richtung eines Umfangs des Faltenbalges gesehen eine von einer Teilkreisform abweichende Gestalt hat. Eine Teilkreisform hat den Nachteil, dass nur sehr kleine Kontaktbereiche zwischen dem Sicherungsring und den Materialerhebungen beim überstülpen deformiert werden, wodurch die Gefahr der Beschädigung erhöht wird. Eine von der Kreisform abweichende, insbesondere flachere, Gestalt vermeidet eine solche Beschädigung und stellt außerdem einen ausreichenden Schutz gegen das erneute Lösen des Sicherungsringes dar.

Gerade in diesem Zusammenhang wird als vorteilhaft erachtet, dass die Materialerhebung in Richtung eines Umfangs des Faltenbalges zwei abgerundete Endbe- reiche und ein zentrales Plateau aufweist. Das zentrale Plateau kann geradlinig verlaufen, es ist jedoch auch möglich, dass das Plateau im Wesentlichen dem Radius des Faltenbalges an dieser Stelle folgt.

Der erfindungsgemäße Faltenbalg findet insbesondere Verwendung in einer Ge- lenkanordnung zumindest aufweisend ein Gelenkaußenteil mit einem Hohlraum, ein Gelenkinnenteil mit einer Mehrzahl von Rollkörpern, das in dem Hohlraum

schwenkbar und drehbar angeordnet ist, wobei der Faltenbalg den Hohlraum und das Gelenkinnenteil umgibt. Die Gelenkanordnung ist insbesondere als Gleichlaufgelenk oder Tripodegelenk ausgeführt.

Besonders bevorzugtes Einsatzgebiet für einen solchen Faltenbalg bzw. die vorstehend beschriebene Gelenkanordnung ist ein Kraftfahrzeug.

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

Fig. 1 : eine Gelenkanordnung mit einer Ausfuhrungsvariante eines Faltenbalges,

Fig. 2: einen Querschnitt durch eine Gelenkanordnung,

Fig. 3 : eine Draufsicht auf eine Ausführungsvariante einer Materialerhebung,

Fig. 4. eine weitere Ausfuhrungsvariante der Materialerhebung,

Fig. 5: eine weitere Ausführungsvariante des Faltenbalges mit einer Materialerhebung im Querschnitt,

Fig. 6: eine weitere Ausfuhrungsvariante einer Materialerhebung,

Fig. 7: einen Querschnitt durch die Materialerhebung aus Fig. 6,

Fig. 8: noch ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer Material erhebung im Querschnitt, und

Fig. 9: ein Kraftfahrzeug mit mehreren Faltenbalgen.

Die Fig. 1 zeigt schematisch und in einem Teilquerschnitt eine mögliche Ausführungsvariante einer Gelenkanordnung 2, hier als Tripodegelenk, mit einem Faltenbalg 1, der einen Bereich von der Welle 28 hin zum Gelenkaußenteil 23 über- spannt. Der Faltenbalg 1 ist dabei an seinen beiden Stirnseiten 5 mit je einer Aufnahme 6 ausgeführt, in der ein Sicherungsring 7 positioniert ist, der den Verbund hin zur Welle 28 bzw. zum Gelenkaußenteil 23 gewährleistet. Hier ist auch veranschaulicht, dass die erfindungsgemäßen Materialerhebungen 8 an der Stirnseite 5 vorgesehen ist, die zur Anbindung an die Welle 28 dient, die also den kleineren öffnungsquerschnitt bildet.

Die Gelenkanordnung 2 dient zur übertragung eines Drehmomentes, wobei sich die Welle 28 dreht. Diese Drehbewegung wird über das auf der Welle 28 befestigte Gelenkinnenteil 25 übertragen. Dort sind in Richtung des Radius 4 gesehen (vgl. auch Fig. 2) eine Mehrzahl von Rollkörpern 26 vorgesehen, die in dem Gelenkaußenteil 23 anliegt. Zur Gewährleistung eines Beugewinkels zwischen der Welle 28 und dem Gelenkaußenteil 23 bzw. zur Gewährleistung einer axialen Relativbewegung zwischen Welle 28 und dem Gelenkaußenteil 23 rollen die Rollkörper 26 in entsprechenden Führungsbahnen des Gelenkaußenteils 23 ab, wobei gleichzeitig die Rotation der Welle 28 übertragen werden kann. Der Faltenbalg 1 umschließt das Gelenkaußenteil 23 und die Welle 28 und bedeckt damit insbesondere auch den Hohlraum 24 des glocken- bzw. tulpenähnlichen Gelenk- außenteils 23. Damit kann in diesen Hohlraum 24 beispielsweise Schmierfett positioniert werden, wobei gleichzeitig eine Verunreinigung durch Schmutz sicher vermieden wird.

Fig. 3 zeigt nun in einer Draufsicht eine Ausführungsvariante einer Materialerhebung 8, die sich in Richtung des Umfangs 20 des Faltenbalges 1 erstreckt und teilweise die Aufnahme 6 hin zur Stirnseite 5 begrenzt. Die Materialerhebung 8 weist eine parallel zur Aufnahme 6 verlaufende, geradlinige, Anschlagkante 11 auf. Gegenüberliegend weist die Materialerhebung einen gewölbten Außenbereich

auf, so dass die Materialerhebung 8 ein ungleiches Biegeverhalten in Richtung der Achse des Faltenbalges hat.

Aus Fig. 4 lässt sich eine Ausfuhrungsvariante der Materialerhebung 8 erkennen, die eine in Richtung des Umfangs 20 gesehen von einer Teilkreisform abweichende Gestalt hat. Die Gestalt der Materialerhebung 8 kann durch zwei (gegebenenfalls spiegelsymmetrisch ausgebildete) Endbereiche 21 ein zentrales Plateau 22 definiert werden.

In Fig. 5 wird ein Detail des Faltenbalges 1 im Querschnitt veranschaulicht, wobei die stirnseitige Begrenzung der Aufnahme 6 durch eine Materialerhebung 8 erkennbar ist. Die Materialerhebung 8, die hier als Spritzgussteil mit einem schlanken Querschnitt 9 gebildet ist, weist wiederum eine senkrechte Anschlagkante 11 auf, wobei hin zur Stirnseite 5 eine schräge Fase 12 gebildet ist. Damit wird der Sicherungsring bei der Vormontage zentriert und geführt, wobei sich die Materialerhebung 8 einfach hin zur Aufnahme 6 hin deformieren lässt (also weich ist). Dahingegen ist eine Deformierung in entgegengesetzte Richtung deutlich kraft- aufwändiger (härteres Biegeverhalten).

Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen eine weitere Ausfuhrungsvariante einer Materialerhebung 8. Aus Fig. 6 lässt sich erkennen, dass die Materialerhebung 8 wiederum mit einem geradlinigen Plateau 22 ausgebildet ist und sich insgesamt in Richtung eines Umfangs 20 über einen vorgegebene Länge 19 erstreckt. Angedeutet sind in Fig. 6 des Weiteren diverse Einlagerungen 16 und eine großflächige Be- Schichtung 15. In der Fig. 7 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 6 gezeigte Materialerhebung 8 dargestellt. Die Materialerhebung 8 weist einen schlanken Querschnitt 9 auf, wobei die Breite 17 in Richtung der Achse kleiner ausgeführt ist als die Höhe 18 in Richtung des Radius des Faltenbalges. Das unterschiedliche Biegeverhalten wird dadurch realisiert, dass bezogen auf die Mittelebene 10 das Ma- terial im Querschnitt asymmetrisch verteilt ist. Zur Veranschaulichung ist auch

noch einmal die teilweise Beschichtung 15 der Oberfläche der Materialerhebung 8 veranschaulicht.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausfuhrungsvariante der Materialerhebung 8 im teilweise deformierten Zustand, der durch eine Kraft 29, die beispielsweise bei der Montage des Sicherungsrings auftritt, verursacht wurde. Um ein besonders weiches Verbiegen in Richtung der Aufnahme 6 zu ermöglichen, ist die Materialerhebung 8 mit einer Mehrzahl von Rippen 13 gebildet, die zudem schlitzartige Aussparungen 14 aufweisen, die bei Deformierung in der angezeigten Richtung aufklappen. Für eine Deformierung der Materialerhebung 8 in entgegengesetzte Richtung ist eine deutlich höhere Kraft erforderlich.

Als besonders bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung wird in Fig. 9 schematisch ein Kraftfahrzeug 27 dargestellt. Die Kraftübertragung vom Motor hin zu den einzelnen Rädern erfolgt dabei über eine Mehrzahl von Wellen 28 die mit unterschiedlichen Gelenkanordnungen ausgeführt sind, die zumindest teilweise einen Faltenbalg 1 der erfindungsgemäßen Art aufweisen.

Bezugszeichenliste

1 Faltenbalg

2 Gelenkanordnung

3 Achse

4 Radius

5 Stirnseite

6 Aufnahme

7 Sicherungsring

8 Material erhebung

9 Querschnitt

10 Mittelebene

11 Anschlagkante

12 Fase

13 Rippe

14 Aussparung

15 Beschichtung

16 Einlagerung

17 Breite

18 Höhe

19 Länge

20 Umfang

21 Endbereich

22 Plateau

23 Gelenkaußenteil

24 Hohlraum

25 Gelenkinnenteil

26 Rollkörper

27 Kraftfahrzeug

28 Welle

Kraft