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Die
Erfindung betrifft ein Dichtelement aus einem Elastomerwerkstoff
zur statischen Abdichtung eines Gehäuseteils gegenüber
einem Gehäuse insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors oder
-getriebes, die in einer Mehrzahl von Befestigungspunkten auf Kontakt
miteinander verbunden sind, wobei das Dichtelement einen in einer
Nut aufzunehmenden Halteabschnitt und einen über die Nut überstehenden
Dichtabschnitt umfasst.
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Bei
gebräuchlichen statischen Elastomerdichtungen wird die
Fähigkeit, Dichtspaltschwankungen zu überbrücken,
durch die Höhe und Breite des Profils, den Nutquerschnitt,
die minimale Flächenpressung und die zulässige
maximale Reaktionskraft bestimmt. Der maximale Dichtspalt ist in
der Regel auf einige Prozent bezogen auf die Höhe der Dichtung
beschränkt. Der Abstand der Befestigungspunkte voneinander
wird an den maximal überbrückbaren Dichtspalt
angepasst.
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Die
Patentschrift
DE 25
51 360 C3 offenbart eine elastische Profildichtung, die
aus einem Halteteil mit einer Mulde zwischen zwei etwa konisch verlaufenden
Stützstegen zur Aufnahme in einer Nut und einem Abdichtungsteil
besteht, wobei die Mulde etwa tunnelförmig ausgebildet
ist und der der Mulde gegenüberliegende Abdichtungsteil
in der Mitte eine vorstehende abgerundete Dichtkante aufweist, die beidseitig
nach hinten in den Halteteil übergeht. Diese Struktur erfordert
eine sehr breite Nut, was auf Kosten der Kompaktheit der Dichtungsanordnung geht.
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DE 196 50 036 A1 offenbart
eine Elastomerdichtung, die in eine Nut eines Gehäuses
eingespritzt ist und im Querschnitt mindestens einen Dichtungsberg
und ein Dichtungstal aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges,
kompaktes und über einen großen Arbeitsbereich
zuverlässig dichtendes Dichtelement bereitzustellen.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Mitteln von Anspruch
1. Der Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die
Druckverformung herkömmlicher elastomerer Dichtprofile
zu einer stark progressiven Kennlinie und einer relativ hohen Reaktionskraft
führt, wodurch der Arbeitsbereich der Dichtung auf maximal
etwa 10% beschränkt ist. Erfindungsgemäß wird
nun ein weicheres bzw. weniger steifes Dichtprofil verwendet, wobei
eine Beeinträchtigung der Dichtsicherheit vermieden werden
kann, wenn erfindungsgemäß ein größerer Überstand
des Dichtabschnitts über die Nut gewählt wird.
Die Verwendung eines weicheren Dichtprofils mit signifikant vergrößertem Überstand
hat den Vorteil, dass ein wesentlich größerer
Dichtspalt überwunden werden kann, ohne dass bei maximaler
Verpressung die Reaktionskraft des Dichtelements zu groß wird.
Der vergrößerte Arbeitsbereich des Dichtelements
hat mehrere Vorzüge. Insbesondere können schwankende Fertigungstoleranzen
ausgeglichen werden. Der Abstand zwischen den Befestigungspunkten
kann vergrößert werden, was zu einem reduzierten
Montageaufwand führt und zu einer Reduzierung der Kosten
beiträgt. Die erfindungsgemäße Ausführung
stellt über einen weiten Arbeitsbereich eine weitgehend
lineare Reaktionskraft in Abhängigkeit von der Verformung
bzw. dem Dichtspalt zur Verfügung.
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Die
Steifigkeit des Dichtelements ist so gewählt, dass eine zulässige
maximale Reaktionskraft an keinem Punkt überschritten wird.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft für Gehäuseteile
aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischem oder duroplastischem
Kunststoff, bei denen die zulässige maximale Reaktionskraft
kleiner ist als bei metallischen Gehäuseteilen.
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Die
Höhe des Dichtabschnitts ist erfindungsgemäß auf
eine mittlere Ausdehnung der Nut bezogen, weil die angestrebte Kompaktheit
der Dichtungsanordnung sowohl von der Tiefe als auch von der Breite
der Nut bestimmt wird. Fall es sich nicht um eine im Wesentlichen
rechteckige Nut handelt, ist unter der Breite der Nut die größte
Breite und unter der Tiefe der Nut die größte
Tiefe zu verstehen.
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Die
für die Dichtwirkung erforderliche Vorspannung wird vorzugsweise
mindestens zu einem erheblichen Teil, insbesondere überwiegend,
durch Biegeverformung des Dichtelements erzeugt. Dadurch kann über
einen weiten Arbeitsbereich eine näherungsweise lineare
oder sogar konstante Federkennlinie erreicht werden. Eine besonders
bevorzugte Struktur zur Erreichung der Biegeverformbarkeit des Dichtelements
ist ein Zick-Zack-Profil, beispielsweise ein Z-Profil oder ein blitzförmiges
Profil.
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Die
erfindungsgemäß reduzierte Steifigkeit des Dichtelements
kann aber auch durch Fertigung des Dichtelements aus einem Material
auf der Grundlage eines zweckmäßigerweise geschlossenporigen Elastomerschaums
erreicht werden. In diesem Fall kann beispielsweise auch ein im
Wesentlichen rechteckiges Profil verwendet werden.
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Vorzugsweise
ist bei in die Nut eingesetztem Dichtelement in der Nut mindestens
ein Hohlraum, vorzugsweise eine Mehrzahl von Hohlräumen
gebildet. Diese Hohlräume dienen zur Aufnahme des durch
Verpressung verdrängten Elastomermaterials des Dichtelements
und tragen so zur Reduzierung der Steifigkeit des Dichtelements
bei.
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Eine
bevorzugte asymmetrische Formung des Dichtelements trägt
dazu bei, eine kontrollierte stetige Verformung des Dichtelements
bis zum maximal verpressten Zustand sicherzustellen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.
Dabei zeigt:
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1:
eine perspektivische Ansicht eines hauben-, deckel- oder wannenförmigen
Gehäuseteils;
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2:
eine schematische Seitenansicht eines mit einem Gehäuse
verbundenen Gehäuseteils im Ausschnitt;
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3:
eine Querschnittsansicht eines Dichtelements im unverpressten Zustand;
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4:
eine Querschnittsansicht des Dichtelements aus 4 im
maximal verpressten Zustand;
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5–7:
Querschnittsansichten eines Dichtelements in weiteren Ausführungsformen
im unverpressten Zustand;
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8:
eine Querschnittsansicht eines Dichtelements in einer weiteren Ausführungsform
im unverpressten Zustand;
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9:
eine Querschnittsansicht des Dichtelements aus 8 im
maximal verpressten Zustand; und
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10:
eine Querschnittsansicht eines Dichtelements aus elastomerem Schaum
im unverpressten Zustand.
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1 zeigt
ein hauben-, deckel- oder wannenförmiges Gehäuseteil 10 zum
Verschließen einer Öffnung in einem Gehäuse 11 (siehe 2)
insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors oder -getriebes. Insbesondere
kann das Gehäuseteil 10 eine Zylinderkopfhaube,
ein Getriebedeckel oder eine Ölwanne sein. Das Gehäuseteil 10 dichtet
den Innenraum des Gehäuses 11 mittels eines in
sich geschlossenen umlaufenden Dichtelements 12 gegen die
Umgebung ab. Zum Befestigen des Gehäuseteils 10 an dem
Gehäuse 11 weist das Gehäuseteil 10 einen
umlaufenden Flansch 14 auf, in dem in etwa regelmäßigen
Abständen umlaufend Bohrungen 15 zur Durchführung
von Befestigungselementen 13, insbesondere Schrauben, vorgesehen
sind. Das Gehäuse 11 weist mit den Bohrungen 15 korrespondierende
Gewindebohrungen 16 zum Zusammenwirken mit den Schrauben 13 auf.
Selbstverständlich kann die Anordnung auch umgekehrt sein,
d. h. die Durchgangsbohrungen können auch in den Gehäuse 11 und
die Gewindebohrungen in dem Gehäuseteil 10 vorgesehen
sein.
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Die
Dichtkräfte werden durch Anpressen des Gehäuseteils 10 an
das Gehäuse 11 mittels Befestigungselementen 13,
insbesondere Schrauben, erzeugt. Die Dichtkräfte sind daher
im Wesentlichen senkrecht zu der durch das umlaufende Dichtelement 12 definierten
Ebene orientiert. Hierdurch ist das Dichtelement 12 beispielsweise
abgegrenzt gegenüber radialen Ringdichtungen, bei denen
die Dichtkräfte radial in der durch die Ringdichtung definierten
Ebene orientiert sind. In den Befestigungspunkten 15 sind
das Gehäuseteil 10 und das Gehäuse 11 auf
Kontakt mit einander verbunden. Die 4 und 9 zeigen
beispielsweise Querschnitte in den Befestigungspunkten 15 oder
in der Nähe davon. Zwischen zwei Befestigungspunkten können
das Gehäuseteil 10 und das Gehäuse 11 einen
Abstand d aufweisen, wie aus 2 ersichtlich
ist. Der Abstand d hängt insbesondere von dem Abstand der
Befestigungspunkte 15 voneinander ab. Das Dichtelement 12 muss
bei gegebenem Abstand der Befestigungspunkte 15 voneinander
zur Überbrückung des maximalen Dichtspalts d mit
für eine sichere Dichtwirkung ausreichender Flächenpressung
gestaltet sein.
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Das
Gehäuseteil 10 weist eine umlaufende Nut 17 zur
Aufnahme des Dichtelements 12 auf; die Gegendichtfläche 20 wird
von einer Oberfläche des Gehäuses 10 gebildet.
Selbstverständlich kann die Anordnung auch umgekehrt sein,
das heißt die Nut zur Aufnahme des Dichtelements kann in
dem Gehäuse 11 und die Gegendichtfläche
von dem Gehäuseteil 10 gebildet sein. In den Ausführungsformen
gemäß 3, 4 und 6 bis 9 handelt
es sich um eine im Wesentlichen rechteckige Nut 17 der Breite
b und der Tiefe t. In der Ausführungsform gemäß 5 hat
die Nut 17 eine sich einseitig verjüngende Form.
In diesem Fall und allgemein bei einer nicht rechteckigen Nut 17 bezeichnet
b die maximale Breite der Nut 17 und t die maximale Tiefe
der Nut 17.
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Die 3 und 5 bis 8 zeigen
das Dichtelement 12 im unverpressten, frei und vollständig
in die Nut 17 eingesetzten Zustand. Das Dichtelement 12 umfasst
einen in der Nut 17 aufgenommenen Halteabschnitt 18 und
einen mit der Höhe h über die Nut 17,
bzw. die die Nut 17 umgebende Oberfläche des Gehäuseteils 10, überstehenden
Dichtabschnitt 19.
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Die
Breite b' des Dichtelements 12 ist in den Ausführungsfor men
gemäß 3 bis 5 und 7 bis 9 geringfügig
größer als die Breite b der Nut 17, so
dass das Dichtelement 12 kraftschlüssig in der
Nut 17 gehalten ist. Das Dichtelement 12 kann
aber auch formschlüssig in der Nut 17 gehalten sein,
insbesondere mittels einer Hinterschneidung der Nut 17.
Das Dichtelement 12 kann des Weiteren auch stoffschlüssig
an die die Nut 17 bildenden Oberflächen angebunden
sein.
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Der Überstand
h des Dichtabschnitts 19 über die Nut 17 beträgt
mindestens 0.3, vorzugsweise mindestens 0.35, weiter vorzugsweise
mindestens 0.4 und weiter vorzugsweise mindestens 0.45, jeweils
bezogen auf die mittlere Nutausdehnung (b + t)/2. In den Ausführungsbeispielen
beträgt der Überstand h/(b + t)/2 sogar mehr als
50%, nämlich 55% (3), 53%
(5), 62% (6), 64%
(7), 62% (8). Durch
den großen überstand h des Dichtabschnitts 19 über
die Nut 17 kann ein vergrößerter Arbeitsbereich
S des Dichtelements 12 erreicht werden. Der in 3 gezeigte
Arbeitsbereich S reicht vom Zustand maximaler Verpressung beim Kontakt
zwischen Gehäuseteil 10 und Gehäuse 11 in den
Befestigungspunkten 15 bis zum Abstand S, in dem die durch
das Dichtelement ausgeübte Flächenpressung noch
ausreicht, um die Dichtwirkung sicherzustellen (minimale Flächenpressung).
Der Arbeitsbereich S beträgt im Allgemeinen etwa 60% bis 75%
des Überstands h. Im Allgemeinen kann mit dem vergrößerten Überstand
h ein vergrößerter Arbeitsbereich S von mindestens
20%, vorzugsweise mindestens 25%, weiter vorzugsweise mindestens 30%
bezogen auf die Höhe H des Dichtelements 12 erreicht
werden. Durch den vergrößerten Arbeitsbereich
S des Dichtelements 12 kann der Abstand zwischen den Befestigungspunkten 15 unter
der Maßgabe d < S
vergrößert werden, so dass die Zahl der Befestigungspunkte 15 reduziert
werden kann. Beispielsweise kann für das Gehäuseteil 10 eine
Zahl von vier oder sechs Befestigungspunkten 15 ausreichend
sein.
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Damit
trotz des hohen Überstands h die von dem Dichtelement 12 auf
das Gehäuseteil 10 ausgeübte Reaktionskraft
auch bei maximaler Verpressung nicht zu groß wird, weist
das Dichtelement 12 insgesamt eine reduzierte Steifigkeit
gegenüber einem vergleichbaren Rechteckvollprofil, das
heißt einem Rechteckprofil mit gleicher Querschnittsfläche
aus Vollelastomer, auf. In den Ausführungsformen gemäß 3 bis 7 wird
die reduzierte Steifigkeit durch einen signifikanten biegeelastischen
Anteil erzeugt. Zu diesem Zweck weist das Dichtelement 12 ein
oder mehrere biegeelastische Abschnitte 21 auf, die unter
Ausübung einer Anpresskraft durch die Gegenfläche 20 des
Gehäuses 11 einer Biegeverformung unterliegen.
In der Ausführungsform gemäß 3 ist
das Dichtelement 12 bzw. der Halteabschnitt 18 ein
Zick-Zack-Profil mit einer Mehrzahl von in diesem Fall fünf
biegeelastischen Abschnitten 21a–21e.
In der Nut 17 ist bei frei eingesetztem Dichtelement 12 mindestens
ein Hohlraum 22, in diesem Fall fünf Hohlräume 22a–22e vorgesehen,
die zur Aufnahme von Material des Dichtelements 12 infolge der
Verpressung des Dichtelements 12 dienen, wie aus 4 ersichtlich
ist.
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In
der Ausführungsform gemäß 5 ist
der Halteabschnitt 18 einseitig an einer seitlichen Nutwand 23 abgestützt.
Der Dichtabschnitt 19 besteht aus einem V-Profil 25,
das aus zwei biegeelastischen Abschnitten 21a, 21b gebildet
ist. Das freie Ende des biegeelastischen Abschnitts 21b läuft
bei der Verpressung des Dichtelements 12 an der konisch
sich verjüngenden seitlichen Nutwand 24 gegen
Reibungswiderstand entlang. Im maximal verpressten Zustand sind
die biegeelastische Abschnitte 21a, 21b in einem
Hohlraum 22 der Nut aufgenommen.
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Die
Ausführungsformen gemäß 3 bis 5 sind
Beispiele für eine bevorzugte asymmetrische Form des Dichtelements 12.
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Die
Ausführungsform gemäß 6 und 7 zeigen
ein vasenförmiges Dichtprofil 12, wobei der Halteabschnitt 18 aus
zwei symmetrischen Armen 26, 27 besteht, die jeweils
aus biegeelastischen Abschnitten 21a, 21c bzw. 21b, 21d gebildet
sind. Der Dichtabschnitt 19 besteht aus einem V-Profil 25, das
aus zwei biegeelastischen Abschnitten 21e, 21f gebildet
ist. Das Dichtprofil 12 weist Hohlräume 22a–22c zur
Aufnahme von verpresstem Material des Dichtelements 12 auf.
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Die
Ausführungsformen gemäß 8 bis 10 verdeutlichen,
dass das Dichtelement 12 nicht unbedingt einen biegeelastischen
Abschnitt aufweisen muss. Im Beispiel der 8, 9 beruht die
Reaktionskraft überwiegend auf Druckverformung des Dichtelements 12.
Eine verminderte Steifigkeit des Dichtelements 12 wird
hier durch zwei relativ dünnwandige Stege 28, 29 erreicht,
die am Nutgrund 30 in den Ecken abgestützt sind
und zwischen sich einen Hohlraum 22a einschließen.
Das Dichtelement 12 verjüngt sich konisch zum
Dichtabschnitt 19 hin und weist dadurch eine vergleichsweise
geringe mittlere Breite auf. Das Dichtelement 12 kann daher bei
Verpressung in die seitlich gebildeten Hohlräume 22b, 22c ausweichen.
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Die
makroskopischen Hohlräume 22 sind nicht in dem
Dichtelement 12 eingeschlossen, der mit der Fertigung von
Hohlkammerprofilen verbundene Aufwand kann daher vermieden werden.
Mit anderen Worten, das Dichtelement 12 ist vorzugsweise
frei von geschlossenen makroskopischen Hohlräumen. Ebenfalls
aus fertigungstechnischen Gründen ist das Dichtelement 12 vorzugsweise
frei von Hinterschneidungen.
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Die
Ausführungsform gemäß 10 betrifft ein
im Wesentlichen rechteckiges Dichtelement 12 aus einem
elastomeren Schaum, das aufgrund der in dem Schaum gebildeten Mikrokavitäten
eine geringere Steifigkeit aufweist als ein gleich geformtes Dichtelement 12 aus
Vollelastomer. Das Dichtelement 12 ist mittels seitlichen
Vorsprüngen 31 kraftschlüssig in der
Nut 17 gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2551360
C3 [0003]
- - DE 19650036 A1 [0004]