Gelenk- und/oder Lageranordnung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Gelenk- und/oder Lageranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Gelenkanordnungen, die einen Gelenkzapfen aufweisen, der mit seinem Kopfbereich in einer Gelenkschale beweglich gelagert und die Gelenkschale ihrerseits in einem Gehäuse aufgenommen sowie dort gegen Auszug gesichert ist, besteht das Problem, dass die Gelenkanordnung abgedichtet sein muss, um damit einen Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit oder Verunreinigungen in das Gelenkinnere zu bilden und ein Austreten von Schmiermittel zu verhindern. Hierzu werden Dichtungsmanschetten eingesetzt, die die für den Durchtritt des Gelenkzapfens vorgesehene Durchtrittsöffnung des Gehäuses sowie der Gelenkschale abdichten. Die Dichtungsmanschette liegt dabei einerseits an dem Gelenkzapfen und andererseits an der Lagerschale oder an dem Gehäuse an. Zur Verbesserung der Dichtwirkung ist es bekannt, den Randbereich der Dichtungsmanschette mit einem Spannring zu sichern.

Aus der DE 297 21 050 Ul ist es darüber hinaus bekannt, die Dichtungsmanschette an die Gelenkschale anzuformen. Die damit beispielsweise durch Angießen oder Anspritzen geschaffene stoffschlüssige Verbindung zwischen Gelenkschale und Dichtungsmanschette bietet zwar gegenüber formschlüssigen oder den zuvor erwähnten Spannringbefestigungen wesentliche Vorteile, jedoch besteht bei der in DE 297 21 050 Ul offenbarten Lösung immer

noch die Möglichkeit, dass insbesondere bei Vibrationen Feuchtigkeit und Verunreinigungen in den Bereich zwischen Lagerschale und Gehäuse eindringen können, da dieser Bereich nicht durch die Dichtungsmanschette abgedichtet ist. Damit kann jedoch keine absolute Dichtheit der Gelenk- und/oder Lageranordnung erreicht werden. Ferner neigen Ausführungen, wie sie aus der Druckschrift bekannt sind, dazu, dass sich die Dichtungsmanschette von der Gelenkschale ablöst. Dies hat seine Ursache darin, dass die fest sitzend montierte, beziehungsweise an der Gelenkschale angeformte Dichtungsmanschette nicht nur durch das Schwenken des Gelenkzapfens hervorgerufene Zug- und Druckbeanspruchungen sondern auch Torsionsbewegungen, die in Folge einer Drehung des Gelenkzapfens um seine Längsmittenachse hervorgerufen werden, kompensieren muss. Da die genannten Belastungen der Dichtungsmanschette nicht nur aufeinander folgend, sondern auch überlagert auftreten und die aus Polyurethan hergestellte Dichtungsmanschette relativ steif ist, also diesen Belastungen auf Grund ihrer geringen Dehnbarkeit einen Widerstand entgegensetzt, kann dies dazu führen, dass sich die Dichtungsmanschette nach einer gewissen Zeit von der Gelenkschale löst. Dabei konnte festgestellt werden, dass sich das bisher verwendete Polyurethan insbesondere bei niedrigen Temperaturen in seinen Eigenschaften verändert und die Elastizität weiter herabgesetzt wird, was den zuvor beschriebenen Effekt noch zusätzlich verstärkt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Gelenk- und/oder Lageranordnung bereitzustellen, die in ihrer Abdichtung gegenüber der Umgebung verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen verbessert ist.

Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Gelenk- und/oder Lageranordnung mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die

Unteransprüche verwiesen.

Eine Gelenk- und/oder Lageranordnung mit einem Gelenkzapfen, dessen Kopfbereich in einer in einem Gehäuse aufgenommenen Gelenkschale beweglich gelagert ist, wobei die

Gelenkschale und das Gehäuse eine Durchtrittsöffnung für den Gelenkzapfen aufweisen, die durch eine an dem Gelenkzapfen anliegende und mittels einer stoffschlüssigen Verbindung

an der Gelenkschale angeformte und dadurch mit der Gelenkschale eine Einheit bildende Dichtungsmanschette gegenüber der Umgebung abgedichtet ist, wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass die Dichtungsmanschette aus einem weichelastischen Silikon besteht.

Mit der Erfindung können die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile bisheriger Gelenk- und/oder Lageranordnungen vermieden werden. Insbesondere ist es nicht mehr erforderlich, die Dichtungsmanschette aufwendig zu montieren oder komplizierte Geometrien bereitzustellen, die eine formschlüssige Verbindung zwischen Dichtungsmanschette und Gelenkschale oder zwischen Dichtungsmanschette und Gehäuse ermöglichen. Infolge des verwendeten Silikonmaterials zur Herstellung der Dichtungsmanschette ist diese auf Grund der vorteilhaften Materialeigenschaften des Silikons in der Lage, die geforderten Belastungen zu kompensieren und Bewegungen des Gelenkzapfens mitzumachen, ohne dass Undichtheiten der Gelenk- und/oder Lageranordnung auftreten. Silikone sind nämlich Wasser abstoßend, elektrische Isolatoren und beständig gegen Oxidationsmittel und Säuren. Ferner sind Silikone Witterungs-, Ozon-, UV- und wärmebeständig, hydrophob, dielektrisch und gelten als physiologisch verträglich. Diese Eigenschaften und insbesondere die breite Temperaturspanne zwischen -40 ⁰ C und +125°C, innerhalb der das Material konstante Eigenschaften aufweist, erlaubt beispielsweise die Verwendung für Gelenk- und/oder Lageranordnungen in Kraftfahrzeugen. Auch die Herstellung der Dichtungsmanschette ist im Vergleich zu den Polyurethan- Ausführungen vereinfacht, da sich das Silikon auf Grund seiner höheren Dehnbarkeit leichter aus der Spritzgussform entfernen lässt. Der Einsatzbereich der Dichtungsmanschette aus Silikon ist damit sehr vielfältig.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Dichtungsmanschette aus einem Flüssigsilikonkautschuk (LSR) hergestellt ist. Damit kann sie in einfacher Weise beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Flüssigsilikonkautschuk weist zumeist ca. 70% lineare Siloxane, ca. 30% Füllstoffe und ca. 1% weitere Additive auf. Es stehen elektrisch leitfähige Typen, Fluorsilikontypen, öl

ausschwitzende Silikone und schnell vernetzende Typen zur Verfügung, die je nach zu erzielendem Ergebnis zum Einsatz kommen können.

So ist beispielsweise daran gedacht, für Dichtungsmanschetten elektrisch leitfähige Silikone zur Ableitung elektrostatischer Ladungen an Gelenk- und/oder Lageranordnungen in Kraftfahrzeugen zu verwenden, was wegen der zunehmenden Zahl elektronischer Bauelemente und der damit einhergehenden Störanfälligkeit infolge unkontrollierter elektrisch Entladungen eine zunehmende Bedeutung erlangt. Durch die Entladungen können die elektronischen Bauelemente nämlich zerstört werden. Die hier in Rede stehenden, sich in einem Kraftfahrzeug ausbildenden Ladungen bilden sich beispielsweise infolge der Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn oder durch Bewegungen der im Kraftfahrzeug vorhandenen Kunststoffteile aus und entladen sich, wenn die Spannung einen Grenzwert erreicht hat unkontrolliert. Bei diesen Spannungsüberschlägen kann es dann zu den besagten Beschädigungen elektronischer Bauelemente kommen.

Für die Gelenk- und/oder Lager anordnung ist es von Bedeutung, dass zwischen der Gelenkschale und der Dichtungsmanschette eine fest haftende Verbindung geschaffen wird. Hierfür eignet sich Polyamid als Werkstoff für die Gelenkschale in besonderer Weise. Polyamid ist in der Lage den Stoffschluss zu der Dichtungsmanschette dauerhaft und sicher zu gewährleisten und weist selbst die für die Lagerung erforderlichen Kennwerte auf. Es kann zudem in einfacher Weise mit weiteren Stoffen kombiniert und so gezielt in seinen Eigenschaften beeinflusst werden.

Eine besonders vorteilhafte Werkstoffpaarung wird demgemäß in der Kombination einer Dichtungsmanschette aus GE Bayer LIM 9071 und einer Gelenkschale aus Lanxess Durethan BKV 30 schwarz (PA6GF30) für eine erfindungsgemäße Gelenk- und/oder Lageranordnung gesehen.

Wie eingangs im Zusammenhang mit der Erläuterung des Standes der Technik bereits ausgeführt wurde, kann für eine optimale Abdichtung der relativ zueinander beweglichen Bauteile einer Gelenk- und/oder Lageranordnung gegenüber der Umgebung nicht nur die

Bauteilverbindung zwischen Dichtungsmanschette und Gelenkschale von entscheidender Bedeutung sein. Vielmehr spielt auch die Einbringung der Gelenkschale in ein diese aufnehmendes Gehäuse eine wesentliche Rolle. Um auch den kritischen Bereich zwischen Gelenkschale und Gehäuse abzudichten wird deshalb vorgeschlagen, dass die Dichtungsmanschette einen Randabschnitt aufweist, der im Bereich der Durchtrittsöffnung dichtend am Gehäuse anliegt. Hierbei ist eine Anlage des Randabschnittes an dem korrespondierenden Gehäuse unter teilweiser Verformung des Randabschnittes möglich. Die Verformung ist ohne erheblichen Aufwand möglich, da das verwendete Silikon verformungsweich ist. Darüber hinaus kann auch hier eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen werden.

Eine Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens besteht darin, dass der Randabschnitt der Dichtungsmanschette eine zu dem Bereich der Durchtrittsöffnung des Gehäuses komplementär geformte Anlagefläche aufweist. Somit legt sich der Randabschnitt der Dichtungsmanschette optimal an den zugehörigen Bereich des Gehäuses an.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung geht davon aus, dass die Gelenkschale im Bereich der Durchtrittsöffnung für den Gelenkzapfen einen vom Gehäuse weg weisenden und außenseitig von der Dichtungsmanschette hintergriffenen Haltebereich aufweist. Mit einer derartigen Lösung kann zugleich eine Zugentlastung für die Dichtungsmanschette geschaffen werden. Zudem wird die Haftung zwischen Dichtungsmanschette und Gelenkschale erheblich verbessert. Sofern demnach die Gelenkschale an der Durchtrittsöffnung für den Gelenkzapfen einen mit einer axialen Komponente vom Gehäuse weg weisenden und radial außen von der Dichtungsmanschette hintergriffenen Haltebereich aufweist, ist damit eine radial nach außen drückende Kraftbeaufschlagung des Randes der Dichtungsmanschette in Richtung des Gehäuses möglich. Insbesondere können für eine gute Abdichtung kombiniert abgestuft sowohl eine axiale als auch eine radiale Anlage des Randbereiches der Dichtungsmanschette am Gehäuse vorliegen. Die Zuverlässigkeit der abdichtenden Anlage ist damit weiter erhöht.

Zur Verbesserung des Sitzes der Gelenkschale in dem Gehäuse kann ferner die Gelenkschale an ihrer mit dem Gehäuse kontaktierenden Mantelfläche Ringanformungen aufweisen und in das Gehäuse eingepresst sein. Derartige Ringanformungen sind beispielsweise als Rippen unterschiedlichster Geometrien ausführbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Das gezeigte Ausführungsbeispiel stellt keine Einschränkung auf die dargestellte Variante dar, sondern dient lediglich der Erläuterung des Prinzips der Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen zu können, ist in der Figur nur eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung gezeigt, bei der auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden sind. Es zeigt:

Figur 1: eine Gelenk- und/oder Lageranordnung in Form eines Kugelgelenkes für den

Einsatz in einem Kraftfahrzeug.

Die im gezeichneten Ausführungsbeispiel dargestellte Gelenk- und/oder Lageranordnung 1 umfasst einen Gelenkzapfen 2 mit einem als Gelenkkugel gestalteten Kopfbereich 3. Es handelt sich bei der Gelenk- und/oder Lageranordnung 1 um ein Kugelgelenk, wie es beispielsweise für Radaufhängungen in Kraftfahrzeugen Verwendung findet. Die Gelenkkugel 3 ist dreh- und kippbeweglich in einer Gelenkschale 5 aufgenommen. Die Gelenkschale 5 weist an ihrer äußeren Mantelfläche in der Figur nicht sichtbare Ringanformungen in Form von Rippen auf, sodass der Presssitz zwischen Gelenkschale 5 und dem diese aufnehmenden Gehäuse 4 durch die während des Einpressens der Gelenkschale 5 in das Gehäuse 4 erfolgende teilweise Verformung der Ringanformungen eine Abdichtung gegenüber der Umgebung bildet. Der aus dem Gehäuse 4 herausragende Teil des Gelenkzapfens 2 ragt durch eine Durchtrittsöffnung 6 der Gelenkschale 5 und des Gehäuses 4 hindurch. Zur Abdichtung der inneren Gelenkbauteile gegenüber der Umgebung weist die in der Figur gezeigte Gelenk- und/oder Lageranordnung 1 eine Dichtungsmanschette 7 auf. Die Dichtungsmanschette 7 besteht aus Silikon und ist als ein Faltenbalg gestaltet. Sie ist damit erfindungsgemäß sehr weich und elastisch und verfügt über

zwei Randabschnitte 8 und 11. Der an dem Gelenkzapfen 2 anliegende Randabschnitt 11 der Dichtungsmanschette 7 wird in herkömmlicher Weise in zentripetaler Richtung durch einen Spannring 12 unter Spannung gegen die am Gelenkzapfen 2 vorhandene Anlagefläche gepresst, womit eine Dichtung geschaffen ist.

Auf der gegenüberliegenden Seite der Dichtungsmanschette 7 ist an dieser ein Randabschnitt 8 angeformt, der auf der gelenkinneren Seite an einem speziell ausgebildeten Haltebereich 9 der Gelenkschale 5 zur Anlage kommt. Der Haltebereich 9 weist einen Hinterschnitt auf, in den der Randabschnitt 8 der Dichtungsmanschette 7 eingebettet ist, sodass er diesen hintergreift.

Auf der Gehäuseseite ist der Randabschnitt 8 der Dichtungsmanschette 7 mit einer zur Gehäusekontur komplementären Geometrie ausgestattet. Der Randabschnitt 8 der Dichtungsmanschette 7 verfügt hier über eine axiale und eine radial nach außen weisende Komponente, sodass sich der Randabschnitt 8 der Dichtungsmanschette 7 mit seiner Anlagefläche 10 optimal an die korrespondierende Gehäusekontur anlegt. Durch den Presssitz der Gelenkschale 5 in dem Gehäuse 4 wird zugleich der Randabschnitt 8 der Dichtungsmanschette 7 zwischen Gehäuse 4 und Haltebereich 9 der Gelenkschale 5 eingepresst und dichtet somit diesen Bereich der Gelenk- und/oder Lageranordnung 1 ab.

Das in der Figur gezeigte Kugelgelenk verfügt über ein ursprünglich beidseitig offenes Gehäuse 4. Zum Verschluss der der Dichtungsmanschette 7 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 4 weist die Gelenkschale 5 einen domartigen, geschlossenen Bodenbereich auf. Ferner wird diese öffnung durch einen Deckel 13 verschlossen, der mittels eines Umformbereiches 14 in dem Gehäuse 5 fixiert ist.

Bezugszeichenliste

Gelenk- oder Lageranordnung

Gelenkzapfen

Kopfbereich

Gehäuse

Gelenkschale

Durchtrittsöffnung

Dichtungsmanschette

Randabschnitt der Dichtungsmanschette

Haltebereich der Gelenkschale

Anlagefläche der Dichtungsmanschette

Randabschnitt der Dichtungsmanschette

Spannring

Deckel

Umformbereich