Dichtungsbaugruppe eines Kugelgelenks sowie Kugelgelenk

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsbaugruppe eines Kugelgelenks, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein Kugelgelenk mit einer solchen Dichtungsbaugruppe.

Kugelgelenke für Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt und werden in der

Regel anhand eines Dichtungsbalgs bzw. einer Dichtungsmanschette gegen Eindringen von Schmutz von Feuchtigkeit und gegen Austreten von Gelenkfett geschützt. Bei den heute üblichen Ausführungsformen wird der Dichtungsbalg beidseitig, d.h. am Gelenkgehäuse und am Kugelzapfen, dichtend befestigt, so dass das Gelenk abgedichtet und eine zuverlässige Gelenkfunktion gewährleistet ist.

Bei den herkömmlichen Befestigungsvarianten kann es durch Kapillarwirkung über die angrenzend befestigten Bauteile allerdings zu einem Rosten des Kugelzapfens und einer Funktionsstörung der Abdichtung kommen.

Eine mögliche Abhilfe für dieses Problem wird beispielsweise in der

DE 10 2004 063 013 A1 vorgeschlagen. In dieser Druckschrift ist ein Stützring mit einer auf einem Wellenflanschprofil stoffschlüssig angebrachten Dichtung vorgesehen, der das Gelenkdichtsystem statisch zum Hebelauge abdichtet. Dabei stellt die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Dichtung und dem Stützring allerdings eine aufwendige und kostenintensive Lösung dar.

In der JP 2 199 317 ist ein Kugelgelenk mit einem Stützring offenbart, bei dem eine Dichtung in ähnlicher Weise befestigt ist, wobei Dichtung und Stützring miteinander verklebt werden. In einer Ausführungsform wird das Dichtungselement um den Außenrand des Stützringflansches herumgezogen.

Aufgabe der Erfindung ist eine möglichst zuverlässige, einfache und preiswerte Abdichtung eines Kugelgelenks.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Dichtungsbaugruppe eines Kugelgelenks, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend einen

Haltering, der eine Ringachse und einen radialen Ringflansch mit einer Flanschoberseite und einer entgegengesetzten Flanschunterseite aufweist, sowie ein Dichtelement, das sowohl an der Flanschoberseite als auch an der Flanschunterseite anliegt und mit dem Haltering ausschließlich formschlüssig verbunden ist, wobei die Formschlussverbindung so ausgebildet ist, dass der Haltering und das Dichtelement in axialer und radialer Richtung spielfrei aneinander fixiert sind und wobei die Flanschoberseite eine freiliegende Kontaktfläche für einen Dichtungsbalg aufweist. In axialer Richtung fixiert bedeutet dabei genauer ausgedrückt, dass der Haltering und das Dichtelement in beiden axialen Richtungen aneinan- der spielfrei fixiert sind. Infolge der ausschließlich formschlüssigen Verbindung zwischen Dichtelement und Haltering kann auf teure Klebstoffe oder Haftvermittler verzichtet werden. Darüber hinaus vereinfacht sich durch die reine Formschlussverbindung auch das Herstellungsverfahren der Dichtungsbaugruppe, so dass sich insgesamt die Material- und Fertigungskosten reduzieren.

Im übrigen wird die Aufgabe auch gelöst durch eine Dichtungsbaugruppe eines Kugelgelenks, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend einen Haltering, der eine Ringachse und einen radialen Ringflansch aufweist, sowie ein Dichtelement, das mit dem Haltering formschlüssig verbunden ist, wobei am Ringflansch wenigstens ein Fortsatz und/oder wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen ist und der Fortsatz des Ringflansches in eine Ausnehmung des Dichtelements bzw. ein Fortsatz des Dichtelements in die Ausnehmung des Ringflansches zur Bildung der Formschlussverbindung eingreift. Auch in diesem Fall wird durch eine einfache Formschlussverbindung eine langlebige, zuverlässige und preiswerte Befestigung des Dichtelements am Haltering hergestellt.

Auch bei dieser Alternativlösung kann optional das Dichtelement ausschließlich über die Formschlussverbindung axial und radial spielfrei am Haltering befestigt sein.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen beschrieben. Weitere Einzelheiten werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

- Figur 1 eine Schnittzeichnung durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe;

- Figur 2 einen Schnitt durch ein Dichtelement der erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform;

- Figur 3 einen Detailschnitt durch die erfindungsgemäße Dichtungsbaugruppe gemäß der ersten Ausführungsform;

- Figur 4 einen Detailschnitt durch das erfindungsgemäße Kugelgelenk mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe gemäß der ersten Ausführungsform;

- Figur 5 einen Schnitt durch einen Haltering der erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform;

- Figur 6 eine Draufsicht auf den Haltering gemäß Figur 5;

- Figur 7 einen Detailschnitt durch das erfindungsgemäße Kugelgelenk mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsbaugruppe gemäß der zweiten Ausführungs- form;

- Figur 8 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Dichtungsbaugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform;

- Figur 9 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Dichtungsbaugruppe gemäß einer vierten Ausführungsform;

- Figuren 10a und 10b Schnitte durch einen Haltering bzw. die gesamte erfindungsgemäße Dichtungsbaugruppe gemäß einer fünften Ausführungsform;

- Figur 11 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Dichtungsbaugruppe gemäß einer sechsten Ausführungsform;

- Figur 12 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Dichtungsbaugruppe gemäß einer siebten Ausführungsform;

- Figur 13 einen Schnitt durch einen Haltering für die Dichtungsbaugruppe gemäß Figur 12, vor einer Montage des Dichtelements;

- Figur 14 einen Schnitt durch ein Dichtelement für die Dichtungsbaugruppe gemäß Figur 12;

- Figur 15 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Dichtungsbaugruppe gemäß einer achten Ausführungsform;

- Figur 16 einen Schnitt durch einen Haltering für die Dichtungsbaugruppe gemäß Figur 15, vor einer Montage des Dichtelements;

- Figur 17 einen Schnitt durch ein Dichtelement für die Dichtungsbaugruppe gemäß Figur 15;

- Figur 18 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Dichtungsbaugruppe gemäß einer neunten Ausführungsform;

- Figur 19 eine Schnittzeichnung durch ein erfindungsgemäßes Kugelgelenk mit einer Dichtungsbaugruppe gemäß der neunten Ausführungsform;

- Figur 20 ein Schnittdetail des Kugelgelenks gemäß Figur 19; und

- Figur 21 das Schnittdetail gemäß Figur 20 in einer alternativen Ausführung.

Die Figur 1 zeigt ein Kugelgelenk 10, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Kugelzapfen 12, der einen Kugelkopf 14 und einen Schaftabschnitt 16 aufweist, einem Gelenkgehäuse 18 mit Lagerschale 19, welches den Kugelkopf 14 aufnehmen kann, einem Dichtungsbalg 20 zur Abdichtung eines übergangsbereichs zwischen dem Kugelzapfen 12 und dem Gelenkgehäuse 18, sowie einer Dichtungsbaugruppe 22. Der Dichtungsbalg 20 ist dabei über Spannringe 24 einerseits am Gelenkgehäuse 18 und andererseits über die Dichtungsbaugruppe 22 am Schaftabschnitt 16 des Kugelzapfens 12 befestigt. Die Dichtungsbaugruppe 22 umfasst einen Haltering 26 und ein Dichtelement 28, die formschlüssig miteinander verbunden sind.

Der Haltering 26 hat vorzugsweise im Querschnitt ein L-Profil.

Der generelle Aufbau und die Funktionsweise des Kugelgelenks 10 sind bereits allgemein aus dem Stand der Technik bekannt und werden nicht näher beschrieben. Die Besonderheiten des Kugelgelenks 10 gemäß Figur 1 liegen in der Konstruktion der Dichtungsbaugruppe 22, auf die anhand der nachfolgenden Figuren genauer eingegangen wird:

Die Figur 2 zeigt einen Detailschnitt durch das Dichtelement 28 für die Dichtungsbaugruppe 22 gemäß einer ersten Ausführungsform. Als Material für das Dichtelement wird vorzugsweise ein Elastomer, insbesondere ein thermoplastisches Polyurethan Elastomer (TPU) verwendet, es kann aber auch aus einem anderen Material bestehen, das ähnliche Eigenschaften aufweist. Das Dichtelement 28 wird in dieser ersten Ausführungsform vorzugsweise direkt an den Haltering 26 angespritzt und geht eine Formschlussverbindung mit diesem ein (vgl. Figur 3). Der Einsatz von besonderen Haftvermittlern in der Spritzmasse des Dichtelements 28 ist nicht notwendig, da das Dichtelement ausschließlich über die Formschlussverbindung zuverlässig am Haltering 26 befestigt ist.

Optional kann die Verwendung eines Trennmittels zwischen der Spritzmasse des Dichtelements und dem Haltering 26 vorgesehen sein, um eine Klebeverbindung zwischen dem Haltering und dem Dichtelement zu vermeiden.

Die Figur 3 zeigt einen Schnitt durch die Dichtungsbaugruppe 22 bei montier- tem Dichtungsbalg 20.

Der Haltering 26 weist dabei einen hülsenförmigen Abschnitt 30 auf, der sich bezüglich einer Ringachse A im wesentlichen in axialer Richtung erstreckt, wobei sich der hülsenförmige Abschnitt auch konisch aufweiten bzw. verengen kann. An den hülsenförmigen Abschnitt 30 des Halterings 26 schließt sich einstückig ein radialer Ringflansch 32 an, der eine Flanschoberseite 34 und eine Flanschunterseite 36 aufweist.

In der ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 2 bis 4 umgreift das Dichtelement 28 einen radial äußeren Umfangsrand 54 des Ringflansches 32 (vorzugsweise über den gesamten Umfangsrand 54), so dass sich sowohl in radialer als auch in axialer Richtung eine spielfreie Formschlussverbindung zwischen dem Haltering 26 und dem Dichtelement 28 einstellt. Der Ringflansch 32 weist dabei eine umlaufende axiale Stufe 38 auf, so dass das Dichtelement 28 trotz der Randumgreifung in axialer Richtung nicht über die Flanschoberseite 34 hinausragt. Dies erleichtert die unmittelbare Anlage des Dichtungsbalgs 20 an einer freiliegenden Kontaktfläche 40, die auf der Flanschoberseite 34 vorgesehen ist (vgl. Figur 3).

Das Dichtelement 28 lässt sich auch getrennt vom Haltering 26 herstellen, wobei es bei dieser Ausführungsform mit einer radialen Nut, ähnlich einer Tasche, versehen ist, in die der Umfangsrand 54 eingeschoben wird

Die Figur 4 zeigt einen weiteren Detailschnitt durch die Dichtungsbaugruppe 22 gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Dichtungsbaugruppe 22 bereits an einem Kugelgelenk 10 montiert ist. Der hülsenförmige Abschnitt 30 liegt am Schaftabschnitt 16 des Kugelzapfens 12 und das Dichtelement 28 an einem angrenzenden Bauteil 42 an. Des weiteren bilden sowohl der hülsenförmige Abschnitt 30 als auch der Ringflansch 32 jeweils eine Kontaktfläche 40 aus, an denen der Dichtungsbalg 20 im zusammengesetzten Zustand des Kugelgelenks 10 unmittelbar anliegt.

Die Figur 5 zeigt einen Schnitt durch den Haltering 26 der Dichtungsbaugruppe 22 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 2 bis 4 lediglich dadurch, dass im Ringflansch 32 Ausnehmungen 48, hier Durchgangsöffnungen 44, vorgesehen sind.

In radialer Richtung befinden sich die Ausnehmungen 48 etwa im Bereich der axialen Stufe (Figur 5) und sind gleichmäßig über den Umfang des Ringflansches 32 verteilt (vgl. Draufsicht in Figur 6).

Auch in dieser Ausführungsvariante ist das Dichtelement 28 vorzugsweise direkt an den Haltering 26 angespritzt, so dass das Material des Dichtelements 28 die Ausnehmungen unter Bildung eines Fortsatzes 52 vollständig ausfüllt und zu einer Verstärkung der Formschlussverbindung zwischen dem Dichtelement 28 und dem Haltering 26 beiträgt (Figur 7). Insbesondere entsteht durch diese Ausnehmungen 48 eine Formschlussverbindung, welche den Haltering 26 und das Dichtelement 28 auch in Umfangsrichtung spielfrei aneinander fixiert.

Die Figuren 8 und 9 zeigen jeweils einen Schnitt durch die Dichtungsbaugruppe 22 gemäß einer dritten bzw. vierten Ausführungsform, wobei auf der linken Seite jeweils der Haltering 26 ohne Dichtelement 28 und auf der rechten Seite der Haltering 26 mit Dichtelement 28 dargestellt ist. In der dritten Ausführungsform weist der Ringflansch 32 Ausnehmungen 48, vorzugsweise Durchgangsöffnungen 44, auf, welche angrenzend an die Flanschoberseite 34

eine Fase hat. Der erzeugte Konus bildet einen Teil der Flanschoberseite und gewährleistet den Formschluss in einer der axialen Richtungen und in radialer Richtung. Der Konus verhindert eine Bewegung des Dichtelements 28 relativ zum Ringflansch 32 nach unten (vgl. Figuren 8 und 9), ohne dass das Dicht- element 28 den Umfangsrand 54 des Ringflansches 32 umgreift.

In alternativen Ausführungsvarianten muss der Ringflansch keine Durchgangsöffnungen aufweisen.

Zur Bildung der Formschlussverbindung reicht es ganz allgemein aus, dass am Ringflansch 32 wenigstens ein Fortsatz 46 und/oder wenigstens eine Ausnehmung 48 vorgesehen ist, wobei der Fortsatz 46 des Ringflansches 32 in eine Ausnehmung 50 des Dichtelements 28 (z.B. Fig. 8) bzw. ein Fortsatz 52 des

Dichtelements 28 in die Ausnehmung 48 des Ringflansches 32 (Fig. 9) eingreift.

Dieser wenigstens eine Fortsatz 46, 52 und die wenigstens eine Ausnehmung 48, 50 sind vorzugsweise komplementär ausgebildet, so dass der Haltering 26 und das Dichtelement 28 in axialer und radialer Richtung spielfrei aneinander fixiert sind.

Bei den Ausführungsformen nach den Figuren 1 bis 9 hat der Ringflansch 32 jeweils einen radial frei nach außen auslaufenden, im wesentlichen scheibenförmigen Umfangsrand 54. Im Unterschied dazu zeigen die Figuren 10a und 10b eine fünfte Ausführungsform der Dichtungsbaugruppe 22, bei der sich der Ringflansch 32 radial nach außen erstreckt und den äußeren Umfangsrand 54 definiert, wobei der Ringflansch 32 am äußeren Umfangsrand 54 nach innen umgeformt ist, so dass der Ringflansch 32 wenigstens abschnittsweise zweilagig ausgebildet ist. Bei derartig geformten Ringflanschen 32 werden alle Flächen, die im montierten Zustand des Kugelgelenks 10 dem Dichtungsbalg 20 zugewandt sind, als Flanschoberseite 34 und alle Flächen des Ringflansches 32, die dem Dichtungsbalg 20 abgewandt sind, als Flanschunterseite 36 bezeichnet. Das Dichtelement 28 erstreckt sich hier bis zwischen die beiden Lagen des Ringflansches 32.

Auch in dieser fünften Ausführungsform können im Ringflansch 32 optional

Schlitze 56 (vgl. Figuren 10a und 10b, links) oder Ausnehmungen 48 (vgl.

Figuren 10a und 10b, rechts) vorgesehen sein, um die Formschlussverbindung zwischen dem Dichtelement 28 und dem Haltering 26 zu verstärken.

Die Figur 11 zeigt die Dichtungsbaugruppe 22 gemäß einer sechsten Ausführungsform, bei der im Ringflansch 32 Ausnehmungen 48 und im Dichtelement 28 Fortsätze 52 ausgebildet sind, wobei die Fortsätze 52 die Ausnehmungen 48 vorzugsweise vollständig ausfüllen. Die Fortsätze 52 haben dabei ein freies, oberes Ende 58, wobei die Fortsätze 52 zu ihrem freien Ende 58 hin vorzugsweise eine Verbreiterung aufweisen (vgl. Figur 11 , rechts). Somit wird durch diese zusammenwirkenden Fortsätze 52 und Ausnehmungen 48 erneut eine Formschlussverbindung gebildet, durch die der Haltering 26 und das Dichtelement 28 in radialer und axialer Richtung (d.h. genauer gesagt, in beiden axialen Richtungen) spielfrei aneinander fixiert sind.

Die Figur 12 zeigt eine siebte Ausführungsform der Dichtungsbaugruppe 22, bei der die Formschlussverbindung zwischen dem Haltering 26 und dem Dicht- element 28 durch Umformen des Ringflansches 32 geschaffen wird. Die Figur 13 zeigt die Ausgangsform des Halterings 26 vor einer Umformung des Ringflansches 32. Das flächige, ringförmige Dichtelement 28 gemäß Figur 14 wird dem Haltering 26 gemäß Figur 13 von unten zugeführt, woraufhin der Ringflansch 32 umgeformt, insbesondere umgebördelt wird, so dass die Dichtungs- baugruppe 22 gemäß Figur 12 entsteht.

Die Figur 15 zeigt die Dichtungsbaugruppe 22 gemäß einer achten Ausführungsform, welche der siebten Ausführungsform gemäß den Figuren 12 bis 14 sehr ähnlich ist. Der einzige Unterschied ist, dass das Dichtelement 28 gemäß Figur 17 eine andere Querschnittsform aufweist und daher beim Zuführen an den Haltering 26 (Figur 16) bzw. beim Umbördeln des Ringflansches 32 nicht verformt werden muss. Außerdem weist das Dichtelement 22 in dieser Ausführungsform eine Anlagefläche 60 für das Bauteil 42 auf (vgl. Fig. 4), die sich in vorteilhafterweise senkrecht zur Ringachse A erstreckt.

Die Figuren 18 bis 21 zeigen die Dichtungsbaugruppe 22 gemäß einer neunten Ausführungsform, welche der ersten Ausführungsform gemäß den

Figuren 1 bis 4 sehr ähnlich ist. Analog zur ersten Ausführungsform ist auf der dem Dichtungsbalg 20 zugewandten Flanschoberseite 34 eine freiliegende

Kontaktfläche 40 vorgesehen, so dass der Dichtungsbalg 20 im montierten

Zustand unmittelbar am Ringflansch 32 des Halterings 26 anliegt (vgl. Fig. 20). Ferner liegt oder greift auch das Dichtelement 28 am Ringflansch 32, genauer an dessen Flanschoberseite 34 an. Allerdings ragt das Dichtelement 28 im Unterschied zur ersten Ausführungsform radial außerhalb der Kontaktfläche 40, d.h. im Bereich der Randumgreifung, in axialer Richtung über die Kontaktfläche 40 hinaus. Zum Schutz und zur Abdichtung der Kontaktstelle zwischen Haltering 26 und Dichtungsbalg 20 weist das Dichtelement 28 eine umlaufende Dichtlippe 62 auf, die mit einem Balgmund 64 des Dichtungsbalgs 20 in Kontakt ist. Der Balgmund 64 weist eine Balgdichtlippe 68 auf, wobei die Dichtlippe 62 an der Balgdichtlippe 68 anliegt und in ihrer Querschnittsform einer Kontur der Balgdichtlippe 68 angepasst ist, vorzugsweise indem die einander gegenüberliegenden Fläche gegengleich ausgeführt sind.

Die Dichtlippe 62 weist an einer radial nach innen weisenden Stirnseite eine konkave Kontur auf. Diese konkave Kontur der Dichtlippe 62 und die dazu vorzugsweise komplementäre Kontur der Balgdichtlippe 68 bilden eine selbstverstärkende Dichtung zwischen der Dichtlippe 62 und der Balgdichtlippe 68 aus, da eine äußere Einwirkung, z.B. ein in diesem Bereich auftreffender Wasserstrahl eines Hochdruckreinigers, die Dichtwirkung nicht beeinträchtigt, sondern verbessert.

In einer Ausführungsvariante gemäß Figur 21 ist eine Kontaktfläche zwischen der Dichtlippe 62 und der Balgdichtlippe 68 als Labyrinthdichtung 70 ausgebildet. Diese Labyrinthdichtung 70 entsteht durch komplementäre Vorsprünge und Ausnehmungen in der Dichtlippe 62 und der Balgdichtlippe 68, wodurch sich eine Verzahnung ergibt, die zu einer weiteren Verbesserung der Dichtwirkung führt. Die Labyrinthdichtung 70 kann durch einen flächigen Kontakt der Dichtlippe 62 und der Balgdichtlippe 68 oder durch einen mäanderförmigen, geringen Spalt zwischen diesen gebildet sein.

Darüber hinaus weist das Dichtelement 28 der Dichtungsbaugruppe 22 einen umlaufenden Wulst 66 zum Schutz des Balgmunds 64 auf, wobei sich der Wulst 66 axial in Richtung zum Dichtungsbalg 20 erstreckt (vgl. Fig. 20). Insbesondere beim Einsatz von Hochdruckreinigern hat sich gezeigt, dass der Wulst 66 durch eine Ablenkung des Hochdruckstrahls einen direkten Kontakt des Spritzwassers

mit einer Balgdichtlippe 68 des Balgmunds 64 verhindert und damit die Lebensdauer der Balgdichtlippe 68 erhöht.

Wie in den zuvor gezeigten Ausführungsformen wird bei der Montage der Dichtungsbaugruppe 22 der auf dem konusförmigen Schaftabschnitt 16 fest- sitzende Haltering 26 mit seinem Ringflansch 32 gegen eine Kontaktfläche des Bauteils 42 gedrückt, wobei der an der Flanschunterseite 36 formschlüssig angebrachte Abschnitt des elastischen Dichtelements 28 eine Abdichtung an der Kontaktstelle zum Bauteil 42 bewirkt und somit eine fortschreitende Korrosionsunterwanderung durch eindringende Feuchtigkeit am Schaftabschnitt 16 des Kugelzapfens 12 verhindert. Um eine besonders zuverlässige Abdichtung zum Bauteil 42 sicherzustellen, ist die Anlagefläche 60 des an der Flanschunterseite 36 angebrachten Dichtelementabschnitts vorzugsweise profiliert ausgebildet (vgl. Fig. 18).

Die Ausbildung des Dichtelements 28 mit der umlaufenden Dichtlippe 62 und/ oder dem umlaufenden Wulst 66 ist zum Schutz der Kontaktstelle zwischen Haltering 26 und Dichtungsbalg 20 in allen Ausführungsformen der Dichtungsbaugruppe 22 denkbar, bei denen das Dichtelement 28 an die Flanschoberseite 34 angrenzt.