DE10335551B4

DE10335551B4 - Faltenbalg mit ineinanderliegenden Balgabschnitten

Info

Publication number: DE10335551B4
Application number: DE10335551A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr.-Ing. Deisinger
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2003-08-02
Filing date: 2003-08-02
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2023-08-03
Also published as: US7264550B2; US20050059499A1; DE10335551A1

Abstract

Faltenbalg (21) zum Abdichten eines Ringraumes (28) zwischen zwei gegeneinander abwinkelbaren und axial gegeneinander verschiebbaren Teilen (12, 15), umfassend
einen ersten Balgabschnitt (22), der einen ersten Bund (23) und einen zweiten Bund (24) umfaßt,
einen zweiten Balgabschnitt (25), der einen dritten Bund (26) und einen vierten Bund (27) umfaßt,
wobei der zweite Balgabschnitt (25) zumindest teilweise innerhalb des ersten Balgabschnitts (22) liegt, und wobei der dritte Bund (26) im Durchmesser kleiner ist als der erste Bund (23),
und der erste Bund (23) mit dem ersten der Teile (12) fest verbindbar ist, der dritte Bund (26) mit dem zweiten der Teile (15) fest verbindbar ist und der vierte Bund (27) mit dem zweiten Bund (24) fest und abdichtend verbunden ist und der vierte Bund (27) mit dem zweiten Bund (24) gegenüber dem dritten Bund (26) axial verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Faltenbalg zum Abdichten eines Ringraums zwischen zwei gegeneinander abwinkelbaren und axial gegeneinander verschiebbaren Teilen, wie z. B. dem Gelenkaußenteil eines Drehgelenks und einer mit dem Gelenkinnenteil des Drehgelenks verbundenen Welle, sowie eine Anordnung zum Abdichten eines Ringraums zwischen zwei gegeneinander abwinkelbaren und axial gegeneinander verschiebbaren Teilen mittels eines Faltenbalgs der genannten Art. Faltenbälge aus Thermoplasten und Elastomeren sind in vielfältiger Form bekannt und haben sich als Mittel zum Abdichten von Drehgelenken im Kraftfahrzeugbereich bewährt. Während sogenannte Festgelenke bei festliegendem Gelenkmittelpunkt nur Winkelbewegungen zwischen zwei Teilen ausführen, die von den abdichtenden Faltenbälgen bei umlaufender Abwinkelung aufgenommen werden müssen, sind die Faltenbälge von Verschiebegelenken umlaufenden Abwinkelbewegungen und gleichzeitig längenveränderlichen Verschiebebewegungen der Gelenke ausgesetzt. Mit zunehmenden Verschiebewegen und wachsenden Betriebswinkeln neuzeitlicher Gelenke nehmen auch die Beanspruchungen der entsprechenden Faltenbälge zu.
Aus der DE 102 42 428 A1 ist ein Faltenbalg für Gleichlaufdrehgelenke mit großen Verschiebewegen bekannt, der einen ersten Balgabschnitt mit Ringfalten abnehmender Größe umfaßt, die sich vorwiegend bei Winkelbewegungen zwischen dem ersten und dem zweiten der Teile verformen sollen, und einen zweiten Balgabschnitt mit Ringfalten gleicher Größe umfaßt, die sich vorwiegend bei Axialverschiebebewegungen des ersten und des zweiten der Teile zueinander verformen sollen. Der Nachteil dieses Faltenbalges liegt in einer großen axialen Länge, die zu Problemen führt. Zum einen ist ein größerer Bauraum erforderlich, der nicht in jedem Fall zur Verfügung steht. Zum anderen führt die axiale Länge zu einer großen Oberfläche und damit zu einer großen Angriffsfläche für Beschädigungen, die statistisch zu einer erhöhten Schadenshäufigkeit führt. Mit der Verschiebebewegung ist eine relativ große Volumenänderung verbunden, die zu einem Einfallen und Ausbauchen der Ringfalten führen kann, was nachteilig ist.
Aus der DE 27 14 983 A1 ist eine Anordnung zur Abdichtung einer Gelenkkupplung bekannt, die einen Faltenbalg und ein in diesem einliegendes weiteres balgförmiges Dichtelement umfaßt. Der Faltenbalg ist mit einem Ende auf einem Außenteil der Gelenkkupplung und mit einem anderen Ende mit einer mit dem Innenteil der Gelenkkupplung verbundenen Welle verbunden. Das balgförmige Dichtelement ist mit seinen beiden Enden mit jeweils einem Ende des Faltenbalgs verbunden und schützt diesen vor direktem Kontakt mit dem Schmiermittel der Gelenkkupplung.
Aus der EP 1 176 327 A2 ist eine Doppelgelenkkupplung bekannt, bei der die beiden Kupplungshälften jeweils mit einem konventionellen Faltenbalg abgedichtet sind. Einer der beiden Faltenbälge ist zusätzlich durch eine starre Schutzhülse geschützt, der andere der beiden Faltenbälge durch einen weiteren mit Abstand umhüllend angeordneten Faltenbalg. Die beiden letztgenannten ineinanderliegenden Faltenbälge sind unabhängig voneinander mit den gleichen Teilen der Doppelgelenkkupplung verbunden.
Aus der US 5,273,490 ist eine Faltenbalganordnung an einem Gleichlaufgelenk bekannt, die von einem ballonförmigen Schutzelement außen umhüllt wird. Hierbei sind Faltenbalg und Schutzelement mit ihren Enden jeweils unabhängig voneinander mit übereinstimmenden Teilen des Gleichlaufgelenks fest verbunden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Faltenbalg zu schaffen, der große axiale Verschiebewege aufnehmen kann, hierbei jedoch kompakt baut.
Die Lösung hierfür besteht in einem Faltenbalg der genannten Art, umfassend einen ersten Balgabschnitt, der einen ersten Bund und einen zweiten Bund umfaßt, einen zweiten Balgabschnitt, der einen dritten Bund und einen vierten Bund umfaßt, wobei der zweite Balgabschnitt zumindest teilweise innerhalb des ersten Balgabschnitts liegt, und wobei der dritte Bund im Durchmesser kleiner ist als der erste Bund, und der erste Bund mit dem ersten der Teile fest verbindbar ist, der dritte Bund mit dem zweiten der Teile fest verbindbar ist und der vierte Bund mit dem zweiten Bund fest und abdichtend verbunden ist und der vierte Bund mit dem zweiten Bund gegenüber dem dritten Bund axial verschiebbar ist.
Eine erfindungsgemäße Abdichtanordnung umfaßt dementsprechend zwei gegeneinander abwinkelbare und axial gegeneinander verschiebbare Teile und einen Faltenbalg der vorstehend genannten Art. Durch das Ineinanderliegen eines ersten Balgabschnittes, der vorwiegend Winkelbewegungen überbrücken soll, und eines zweiten Balgabschnittes, der vorwiegend axiale Verschiebebewegungen aufnimmt, ergibt sich eine gegenüber dem Stand der Technik wesentlich geringere Baulänge, die im Prinzip der Baulänge von Faltenbälgen für Festgelenke entspricht. Wesentlich ist die freie axiale Verschieblichkeit des zweiten und vierten Bundes gegenüber dem zweiten der gegeneinander abwinkelbaren und verschieblichen Teile, durch die sich der zweite Bund selbständig axial einstellen kann, wodurch sich die geringsten Spannungszustände im Faltenbalg bei jeder Winkelstellung und jeder relativen Axialstellung der beiden Teile zueinander einstellen. In vorteilhafter Weise finden hierdurch nur sehr geringe Volumenänderungen des Balginneren statt, so daß keine Ausgleichsverformungen stattfinden. Der zweite Bund und der vierte Bund können miteinander abdichtend verklebt sein oder aneinandervulkanisiert oder einstückig miteinander geformt sein, wobei in den beiden ersten Ausführungen die beiden Bunde konzentrisch ineinander liegen. Der innenliegende vierte Bund kann radial spielfrei auf dem zweiten der Teile geführt sein und insbesondere innen gegenüber dem zweiten der Teile Dichtlippen oder dergleichen tragen, damit kein Schmutz in den Bereich zwischen dem zweiten Balgabschnitt und dem zweiten der Teile eindringen kann. Die beiden Balgabschnitte sind bevorzugt unabhängig voneinander herzustellen und dann durch Verbinden des zweiten und des vierten Bundes miteinander zu einem einheitlichen Faltenbalg zu verbinden. Die beiden Balgabschnitte können z. B. im Blasformverfahren günstig hergestellt werden. Sofern der Faltenbalg als einheitliches Bauteil hergestellt wird, bilden der zweite Bund und der vierte Bund eine integrale Einheit. Hierbei kann die Form der Herstellung von der Form des Einsatzes abweichen, wobei nach der Herstellung ein Umstülpen des ersten Balgabschnitts oder des zweiten Balgabschnitts erfolgen kann. Ein einheitlicher Faltenbalg kann z. B. im Spritzgießen hergestellt werden.
Die Ringfalten des ersten Balgabschnitts nehmen wie bei einem Faltenbalg eines Festgelenks vom ersten zum zweiten Bund im Durchmesser ab. Hierbei kann insbesondere eine rein lineare Abnahme von Falte zu Falte vorgesehen sein, so daß der erste Balgabschnitt durch eine einhüllende Konusfläche definiert ist.
Der zweite Balgabschnitt hat insbesondere untereinander gleich große Ringfalten. Hierbei ergibt sich eine einhüllende Fläche von Zylinderform für den zweiten Balgabschnitt. Die Ringfalten des zweiten Balgabschnitts können vorzugsweise innen auf dem zweiten der Teile abgestützt sein, wobei dieses zweite der Teile im Bereich des zweiten Balgabschnitts üblicherweise als Welle konstanten Durchmessers ausgebildet ist. Die Abstützung auf dieser Welle hat die Wirkung, daß der zweite Balgabschnitt an Winkelbewegungen nicht teilnehmen kann und somit ausschließlich Längenänderungen ausgleichen kann. Hiermit ist es möglich, die Wandstärke des zweiten Balgabschnitts geringer auszuführen als die Wandstärke des ersten Balgabschnitts. Der erste Balgabschnitt ist ganz überwiegend einer Winkelbewegung und nur in geringem Umfang einer Axialverschiebebewegung zwischen erstem und zweiten Bund ausgesetzt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Diese zeigt
eine erfindungsgemäße Abdichtanordnung zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil eines Gleichlaufgelenkes mittels eines Faltenbalges im Längshalbschnitt

a) in einer axialen Mittelstellung
b) in einer axial verkürzten Stellung
c) in einer axial verlängerten Stellung.

Die drei Darstellungen werden nachstehend gemeinsam beschrieben.
Hierbei ist ein Drehgelenk 11 in Form eines Tripodegelenks mit einem Gelenkaußenteil 12, einem Gelenkinnenteil 13 und einer Rollenanordnung 14 erkennbar. In das Gelenkinnenteil 13 ist eine Welle 15 eingesteckt. Das Gelenkaußenteil 12 bildet das erste der gegeneinander abwinkelbaren und axial verschieblichen Teile, die Welle 15 bildet das zweite der gegeneinander abwinkelbaren und verschieblichen Teile. Der Ringraum 28, der von Gelenkaußenteil 12 einerseits und Welle 15 mit Gelenkinnenteil 13 andererseits gebildet wird, wird durch einen Faltenbalg 21 abgedichtet, der zum einen auf dem Gelenkaußenteil 12, zum anderen auf der Welle 15 festgelegt ist. Hierbei umfaßt der Faltenbalg 21 einen ersten Balgabschnitt 22 mit einem ersten Bund 23 und einem zweiten Bund 24 sowie einen zweiten Balgabschnitt 25 mit einem dritten Bund 26 und einem vierten Bund 27. Der erste Bund 23 ist mittels eines Spannbandes 29 auf dem Öffnungsende des Gelenkaußenteils 12 verdrehfest und axial gesichert festgelegt. Der dritte Bund 26 ist mittels eines Spannbandes 30 auf der Welle 15 axial und verdrehfest festgelegt. Die beiden Balgbereiche 22, 25 sind im Bereich der koaxial ineinanderliegenden zweiten und vierten Bunde 24, 27 fest und abdichtend miteinander verbunden, wobei der innenliegende vierte Bund 27 axial verschieblich, jedoch weitgehend abdichtend auf der Welle 15 geführt ist, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern. Die Ringfalten des ersten Balgabschnitts 22 nehmen im Durchmesser vom ersten Bund 23 zum zweiten Bund 24 ab. Die wesentlich kleineren Ringfalten des im ersten Balgabschnitts 22 einliegenden zweiten Balgabschnitte 25 sind von untereinander gleicher Größe. Die Wandstärke des ersten Balgabschnitts 21 ist wesentlich größer als die Wandstärke des zweiten Balgabschnitts 25.
Die drei Darstellungen zeigen das Gelenk 11 jeweils in gestrecktem Zustand, d. h. in koaxialer Anordnung von Gelenkaußenteil 12 und Welle 15. In der Darstellung a ist das Gelenk in einer axialen Mittelposition, wobei vom Gelenkmittelpunkt A aus eine relative Verschiebung des Gelenkinnenteils 13 gegenüber dem Gelenkaußenteil 12 in beide axiale Richtungen möglich ist. Der Faltenbalg 21 ist hier mittels des Spannbandes 29 am ersten Bund 23 und des Spannbandes 30 am zweiten Bund 26 so montiert, daß sowohl der erste Balgabschnitt 22 als auch der zweite Balgabschnitt 25 im wesentlichen spannungsfrei sind.
In der Darstellung b ist der Gelenkmittelpunkt B ins Innere des Gelenkaußenteils verschoben, so daß die Anordnung aus Gelenk 11 und Welle 15 axial verkürzt ist. Während der formstabile dickwandige äußere Balgabschnitt 22 im wesentlichen unveränderte Form hat, ist der flexiblere innere Balgabschnitt 25 durch Auseinanderziehen der Ringfalten axial verlängert. Es ist erkennbar, daß der zweite Bund 24 mit dem vierten Bund 27 sich dabei gegenüber der Welle 15 bis zu einem Anschlag 31 axial verlagert haben.
In der Darstellung c ist der Gelenkmittelpunkt C im Gelenkaußenteil axial zur Öffnung hin verlagert, so daß die Anordnung aus Gelenk 11 und Welle 15 axial verlängert ist. Der formsteife dickwandige erste Balgabschnitt 22 ist dabei wiederum in seiner Form im wesentlichen unverändert, während der dünnwandige flexible zweite Balgabschnitt 25 sich axial unter Aneinanderdrücken der Ringfalten wesentlich verkürzt hat. Hierbei haben sich der zweite Bund 24 mit dem vierten Bund 27 gegenüber der Ausgangsstellung auf der Welle 15 vom Anschlag 31 entfernt.
Aufgrund der radialen Abstützung des zweiten Balgabschnitts 25 gegenüber der Welle 15 findet bei einer Abwinkelung des Gelenks in jeder der möglichen Axialpositionen praktisch keine zusätzliche Formänderung des zweiten Balgabschnitts statt; vielmehr wird die Abwinkelbewegung zwischen Welle 15 und Gelenkaußenteil 12 im wesentlichen ausschließlich vom äußeren ersten Balgabschnitt 22 aufgenommen. Die beiden Balgabschnitte 22, 25 können aus gleichem oder unterschiedlichem Ma terial bestehen. Abwandlungen hinsichtlich der Faltengröße und der Faltenform sowie der Wandstärkenverhältnisse sind im Rahmen des Fachwissens möglich.

11: Gelenk
12: Gelenkaußenteil
13: Gelenkinnenteil
14: Rollenanordnung
15: Welle
21: Faltenbalg
22: erster Balgabschnitt
23: erster Bund
24: zweiter Bund
25: zweiter Balgabschnitt
26: dritter Bund
27: vierter Bund
28: Ringraum
29: Spannband
30: Spannband
31: Anschlag

Claims

Faltenbalg (21) zum Abdichten eines Ringraumes (28) zwischen zwei gegeneinander abwinkelbaren und axial gegeneinander verschiebbaren Teilen (12, 15), umfassend einen ersten Balgabschnitt (22), der einen ersten Bund (23) und einen zweiten Bund (24) umfaßt, einen zweiten Balgabschnitt (25), der einen dritten Bund (26) und einen vierten Bund (27) umfaßt, wobei der zweite Balgabschnitt (25) zumindest teilweise innerhalb des ersten Balgabschnitts (22) liegt, und wobei der dritte Bund (26) im Durchmesser kleiner ist als der erste Bund (23), und der erste Bund (23) mit dem ersten der Teile (12) fest verbindbar ist, der dritte Bund (26) mit dem zweiten der Teile (15) fest verbindbar ist und der vierte Bund (27) mit dem zweiten Bund (24) fest und abdichtend verbunden ist und der vierte Bund (27) mit dem zweiten Bund (24) gegenüber dem dritten Bund (26) axial verschiebbar ist.
Faltenbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bund (24) und der vierte Bund (27) miteinander verklebt oder aneinander anvulkanisiert oder einstückig geformt sind.
Faltenbalg nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Balgabschnitt (22) eine Anzahl von Ringfalten abnehmender Größe zwischen dem ersten und dem zweiten Bund (23, 24) aufweist.
Faltenbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Balgabschnitt (25) eine Anzahl von Ringfalten gleicher Größe zwischen dem dritten und dem vierten Bund (26, 27) umfaßt.
Faltenbalg nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Balgabschnitt (22) durch eine im wesentlichen konische Hüllfläche an die Ringfalten definiert ist.
Faltenbalg nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Balgabschnitt (25) durch eine im wesentlichen zylindrische Hüllfläche an die Ringfalten definiert ist.
Abdichtanordnung zum Abdichten eines Ringraums zwischen zwei gegeneinander abwinkelbaren und axial gegeneinander verschiebbaren Teilen (12, 15), umfassend einen Faltenbalg (21) mit einem ersten Balgabschnitt (22), der einen ersten und einen zweiten Bund (23, 24) umfaßt, einen zweiten Balgabschnitt (25), der einen dritten und einen vierten Bund (26, 27) umfaßt, wobei der zweite Balgabschnitt (25) zumindest teilweise innerhalb des ersten Balgabschnitts (22) liegt und der dritte Bund (26) im Durchmesser kleiner ist als der erste Bund (23) und der erste Bund (23) mit dem ersten der Teile (12) fest und abdichtend verbunden ist, der dritte Bund (26) mit dem zweiten der Teile fest und abdichtend verbunden ist und der vierte Bund (27) innerhalb des zweiten Bundes (24) fest angeordnet und abdichtend mit diesem verbunden ist und gegenüber dem zweiten der Teile (15) axial verschiebbar angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Bund (27) radial spielfrei auf dem zweiten der Teile (15) geführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Balgabschnitt (25) abstützenden Kontakt mit dem zweiten der Teile (15) hat.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bund (24) und der vierte Bund (27) miteinander verklebt oder aneinander anvulkanisiert oder einstückig geformt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Balgabschnitt (22) eine Anzahl von Ringfalten abnehmender Größe zwischen dem ersten und dem zweiten Bund (23, 24) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Balgabschnitt (25) eine Anzahl von Ringfalten gleicher Größe zwischen dem dritten und dem vierten Bund (26, 27) umfaßt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Balgabschnitt (22) durch eine im wesentlichen konische Hüllfläche an die Ringfalten definiert ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Balgabschnitt durch eine im wesentlichen zylindrische Hüllfläche an die Ringfalten definiert ist.