DE102013214655A1

DE102013214655A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE102013214655A1
Application number: DE201310214655
Authority: DE
Inventors: Todd E. Allen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2033-07-27
Also published as: CN103568987B; US20140033855A1; US9108671B2; CN103568987A; DE102013214655B4

Abstract

Eine Vorrichtung ist zum Abdichten eines Lochs in einem Flächenelement ausgelegt, das eine erste Fläche auf einer Seite des Flächenelements und eine zweite Fläche auf der anderen Seite des Flächenelements aufweist. Die Vorrichtung umfasst eine Manschette und ein Dichtungselement. Die Manschette umfasst einen ersten Abschnitt mit einem ersten Faltenbalg, einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Faltenbalg und einen dritten Abschnitt, welcher den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet. Das Dichtungselement ist funktional mit dem dritten Abschnitt der Manschette verbunden und ist so ausgelegt, dass wenn sich der dritte Abschnitt der Manschette innerhalb des Lochs befindet, das Dichtungselement mit dem Flächenelement in Kontakt steht, um zumindest eine Dichtung um das Loch herum zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft Dichtungen, welche Löcher in Flächenelementen abdichten, durch die hindurch sich Wellen erstrecken.
HINTERGRUND
Ein Kraftfahrzeug umfasst in der Regel eine Instrumententafel oder eine Trennwand, welche den Insassenraum von einem Motorraum trennt. Eine Lenkwelle verläuft durch ein Loch in der Instrumententafel hindurch, um das Lenkrad, das sich im Insassenraum befindet, mit dem Lenkgetriebe, das sich im Motorraum befindet, zu verbinden. Zwischen der Instrumententafel und der Welle kommt in der Regel eine Dichtung zum Einsatz, um Geräusche, Gase, Wasser und Feststoffe daran zu hindern, von dem Motorraum über das Loch in der Instrumententafel in den Insassenraum zu gelangen.
KURZFASSUNG
Es wird eine Vorrichtung zum Abdichten eines Lochs in einem Flächenelement, das eine erste Fläche auf einer Seite des Flächenelements und eine zweite Fläche auf der anderen Seite des Flächenelements aufweist, bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Manschette und ein Dichtungselement. Die Manschette umfasst einen ersten Abschnitt mit einem ersten Faltenbalg, einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Faltenbalg und einen dritten Abschnitt, welcher den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet. Das Dichtungselement ist funktional mit dem dritten Abschnitt der Manschette verbunden und ist so ausgelegt, dass wenn sich der dritte Abschnitt der Manschette innerhalb des Lochs befindet, das Dichtungselement mit dem Flächenelement in Kontakt steht, um zumindest eine Dichtung um das Loch herum zu bilden.
Das Dichtungselement stellt eine Dichtung um das Loch herum bereit, während die Manschette eine Dichtung um eine Welle herum, die sich durch das Loch hindurch erstreckt, bereitstellt. Der Einbau der Welle durch die Manschette hindurch kann eine Neupositionierung eines Teils der Manschette relativ zu dem Flächenelement erforderlich machen. Die hier bereitgestellte Vorrichtung vereinfacht den Einbau der Welle, da der Faltenbalg das Dichtungselement von Lasten entkoppelt, die durch die Bewegung der Manschette während des Einbaus der Welle erzeugt werden, wodurch die Stellung des Dichtungselements relativ zu dem Flächenelement beibehalten wird und damit die Wirksamkeit des Dichtungselements erhöht wird.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der besten Umsetzungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische, im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer Dichtungsvorrichtung in einem unbelasteten Zustand; und
2 ist eine schematische, im Schnitt dargestellte Seitenansicht der Dichtungsanordnung aus 1 mit einer sich durch diese hindurch erstreckenden Lenkwelle.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In 1, auf welche nun Bezug genommen wird, weist ein Flächenelement 10 eine erste Oberfläche 14 auf einer ersten Seite 18 und eine zweite Oberfläche 22 auf einer zweiten Seite 26 auf. Das Flächenelement 10 definiert ein kreisrundes Loch 30, das sich durch das Flächenelement 10 hindurch von der ersten Oberfläche 14 zu der zweiten Oberfläche 22 hin erstreckt. In der abgebildeten Ausführungsform ist das Flächenelement 10 Bestandteil eines Kraftfahrzeugs 34 und bildet eine Trennung zwischen einen Motorraum (auf der ersten Seite 18) und einem Insassenraum (auf der zweiten Seite 26). Das Loch 30 soll Platz für eine Lenkwelle (in 2 unter 38 gezeigt) bieten, die sich von dem Motorraum zu dem Insassenraum erstreckt. Eine Dichtungsvorrichtung 42 ist so ausgelegt, dass sie das Loch 30 abdichtet und dadurch die Übertragung von Geräuschen, Feststoffteilchen und Wasser durch das Loch 30 hindurch verhindert oder begrenzt und gleichzeitig ein Hindurchführen der Lenkwelle 38 durch dieses erlaubt.
Die Dichtungsvorrichtung 42 umfasst eine Manschette 46 mit einem ersten Abschnitt 50, einem zweiten Abschnitt 54 und einem dritten Abschnitt 58. Der erste Abschnitt 50 umfasst einen ersten Faltenbalg 62. Der zweite Abschnitt 54 umfasst einen zweiten Faltenbalg 66. Der dritte Abschnitt 58 erstreckt sich durch das Loch 30 hindurch und verbindet den ersten Abschnitt 50 und den zweiten Abschnitt 54 miteinander.
Die Dichtungsvorrichtung 42 umfasst außerdem ein Dichtungselement 70, welches funktional mit dem dritten Abschnitt 58 der Manschette 46 verbunden ist. Das Dichtungselement 70 ist derart ausgelegt, dass wenn der dritte Abschnitt 58 der Manschette 46 innerhalb des Lochs 30 angeordnet ist, das Dichtungselement 70 mit dem Flächenelement 10 in Kontakt steht, um zumindest eine Dichtung 74 um das Loch 30 herum zu bilden.
Die Manschette 46 ist im Allgemeinen zylindrisch, es können jedoch auch andere Formen im Umfang der beanspruchten Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann die Manschette 46 auch kegelförmig oder kegelstumpfförmig sein. Die Manschette 46 ist in 1 in einem unbelasteten Zustand gezeigt. In dem unbelasteten Zustand sind die Faltenbälge 62, 66 axialsymmetrisch, d. h. sie erstrecken sich symmetrisch um die Achse A1 herum.
Die Manschette 46 definiert eine Kammer 78. Der erste Abschnitt 50 der Manschette 46 definiert eine erste Öffnung 82 der Kammer 78 auf der ersten Seite 18 des Flächenelements 10. Die Manschette 46 umfasst ein Lager 86, welches funktional mit dem zweiten Abschnitt 54 der Manschette 46 verbunden ist. Das Lager 86 definiert auf der zweiten Seite 26 des Flächenelements 10 eine zweite Öffnung 90 der Kammer 78. Im Spezielleren umfasst das Lager 86 in der abgebildeten Ausführungsform ein Kunststoff-Stützelement 88, welches ein Loch oder eine zylindrische Durchbrechung 89 definiert. Ein reibungsarmer O-Ring oder eine reibungsarme Buchse 93 ist an dem Kunststoff-Stützelement 88 in einer Rille um die Durchbrechung 89 herum angebracht und definiert eine zweite Öffnung 90.
Die Lenkwelle kann sich durch die erste und die zweite Öffnung 82, 90, sowie durch die Kammer 78 hindurch erstrecken, wie dies in 2 gezeigt ist. In 2 ist die Dichtungsvorrichtung 42 abgebildet, wobei sich die Lenkwelle 38 durch die erste und die zweite Öffnung 82, 90 hindurch erstreckt. In 2, auf welche nun Bezug genommen wird und in der sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche Bauteile aus 1 beziehen, umfasst das Fahrzeug 34 eine Lenkgetriebeanordnung 94, die funktional mit der Lenkwelle 38 verbunden ist und die ein Gehäuse 98 umfasst.
Um die Lenkwelle 38 mit der Dichtungsanordnung 42 in Eingriff zu bringen, wird die Lenkwelle 38 von dem Motorraum (auf der ersten Seite 18 des Flächenelements 10) aus durch die erste Öffnung 82 in die Kammer 78 eingeführt. Die Lenkgetriebeanordnung 94 bewegt sich gemeinsam mit der Lenkwelle 38 und das Gehäuse 98 tritt mit dem ersten Abschnitt 50 der Manschette 46 in Kontakt. Während sich die Lenkwelle 38 weiter in die Kammer 78 hinein bewegt, komprimiert das Gehäuse 98 den ersten Faltenbalg 62 und bildet der erste Abschnitt 50 eine Dichtung 102 gegenüber dem Gehäuse 98. Der erste Faltenbalg 62 entkoppelt das Dichtungselement 70 von Belastungen, die von dem Gehäuse 98 während dieses Vorgangs auf die Dichtungsvorrichtung übertragen werden; folglich hat das Anpassen des Gehäuses 98 an die Dichtungsvorrichtung 42 keine wesentlichen Auswirkungen auf die Dichtung 74, welche zwischen dem Dichtungselement 70 und dem Flächenelement 10 gebildet wird.
Das Lager 86 muss relativ zu dem Flächenelement 10 und der Lenkwelle 38 bewegt werden, so dass es in ausreichendem Maß mit der Lenkwelle 38 ausgerichtet ist, um es zu ermöglichen, dass sich die Lenkwelle 38 durch die zweite Öffnung 90 hindurch erstreckt. Der zweite Faltenbalg 66 erlaubt eine Bewegung des Lagers 86 relativ zu dem Flächenelement 10 ohne nennenswerte Übertragung von daraus resultierenden Lasten auf das Dichtungselement 70. Folglich ist das Lager 86 beweglich, ohne dass dabei die Dichtung 74 zwischen dem Dichtungselement 70 und dem Flächenelement 10 beeinträchtigt wird.
Wie in 2 gezeigt, bewirkt eine Bewegung des Lagers 86 eine Spannung auf den zweiten Faltenbalg 66 mit einer damit einhergehenden, elastischen Materialdehnung in dem zweiten Abschnitt 54 der Manschette 46. Zur Beibehaltung der Stellung der Lager 86 relativ zu der Welle 38 ist ein erstes Befestigungselement 106 in Bezug auf das Lager 86 angebracht. Ein zweites Befestigungselement 110 ist in Bezug auf die Lenkgetriebeanordnung 94 angebracht. Das erste Befestigungselement 106 tritt mit dem zweiten Befestigungselement 110 in Eingriff, sobald sich die Lenkwelle 38 ausreichend weit durch die zweite Öffnung 90 hindurch erstreckt; demgemäß wird durch das erste und das zweite Befestigungselement 106, 110 eine Bewegung des Lagers 86 und des zweiten Abschnitts 54 der Manschette 46 relativ zu der Lenkwelle 38 begrenzt und die elastische Dehnung in dem Faltenbalg 66 gehalten.
Das erste und das zweite Befestigungselement 106, 110 sind so ausgelegt, dass sie miteinander einen Schnappeingriff bereitstellen, wenn die Lenkwelle 38 weit genug durch die zweite Öffnung 90 hindurch eingeführt ist. Im Spezielleren handelt es sich in der abgebildeten Ausführungsform bei dem ersten Befestigungselement 106 um einen Haken mit einer Fläche 114, die in einem Winkel von ungefähr 45 Grad in Bezug auf die Achse A2 der Welle 38 ausgerichtet ist. Der Winkel umfasst außerdem eine Fläche 118, die senkrecht zu der Achse A2 verläuft. Bei dem zweiten Befestigungselement 110 handelt es sich um ein Element, das die geneigte Fläche 122 und die Fläche 126, die senkrecht zu der Achse A2 verläuft, umfasst.
Während die Lenkwelle 38 axial durch die Öffnung 90 hindurch in das Lager 86 bewegt wird, tritt die geneigte Fläche 122 des zweiten Befestigungselements 110 mit der Fläche 114 des ersten Befestigungselements in Kontakt, was eine Kraft mit einer radialen Komponente zur Folge hat, welche das erste Befestigungselement 106 in elastischer Weise radial nach außen biegt. Während die Welle 38 weiter durch die Öffnung 90 hindurch eingeführt wird, verlieren die Fläche 122 und die Fläche 114 den Kontakt miteinander und das erste Befestigungselement 106 bewegt sich infolge des Wegfalls der Spannung, welche durch die von dem zweiten Befestigungselement 110 herrührende Kraft verursacht wurde, radial nach innen. Die Oberfläche 126 und die Oberfläche 118 stehen miteinander in Kontakt und verhindern dadurch eine axiale Bewegung des Lagers 86 relativ zu der Welle 38. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Vorrichtung 42 eine Mehrzahl von hakenförmigen Befestigungselementen 106, die in einem Kreis angeordnet sind, um mit anderen Befestigungselementen wie dem unter 110 gezeigten in Wechselwirkung zu treten.
Die Welle 38 ist relativ zu den Befestigungselementen 106, 110 und zu dem Lager 86 um die Achse A2 herum drehbar. Die Buchse 93 steht mit der Welle 38 in abdichtendem Kontakt. Folglich sind beide Öffnungen 82, 90 zu der Kammer 78 hin abgedichtet. Die Öffnungen 82, 90 stellen die einzigen Öffnungen zu der Kammer 78 hin dar.
In der abgebildeten Ausführungsform weist der erste Abschnitt 50 der Manschette 46 eine höhere Federkonstante als der zweite Abschnitt 54 der Manschette 46 auf und kann aus blasgeformtem Polyethylen bestehen. Bei dem Dichtungselement 70 kann es sich beispielsweise um einen nachgiebigen Gummi handeln. Das Dichtungselement 70 umfasst in der abgebildeten Ausführungsform einen ersten Teil 130, der in dem Loch 30 mit dem Flächenelement 10 in Kontakt steht, einen zweiten Teil 134, der mit der ersten Fläche 14 des Flächenelements 10 in Kontakt steht, und einen dritten Teil 138, der mit der zweiten Fläche 22 des Flächenelements 10 in Kontakt steht. Der Kontakt zwischen dem ersten Teil 130 des Dichtungselements 70 und dem Flächenelement 10 bildet eine erste ringförmige Flächendichtung 74. Der Kontakt zwischen dem zweiten Teil 134 des Dichtungselements 70 und der ersten Fläche 14 bildet eine zweite ringförmige Flächendichtung 142. Der Kontakt zwischen dem dritten Teil 138 des Dichtungselements 70 und der zweiten Fläche 22 bildet eine dritte ringförmige Flächendichtung 146.
Es sei angemerkt, dass innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung die Manschette 46 und das Dichtungselement 70 ein einzelnes Stück darstellen können oder mehrere verbundene Stücke umfassen können.
Es sind hier zwar die besten Umsetzungsarten der Erfindung im Detail beschrieben, für den Fachmann auf dem Gebiet, zu welchem diese Erfindung gehört, sind jedoch verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen für die Umsetzung der Erfindung im Umfang der beigefügten Patentansprüche erkenntlich.

Claims

Vorrichtung, welche umfasst: ein Flächenelement, das eine erste Fläche auf einer ersten Seite und eine zweite Fläche auf einer zweiten Seite aufweist und ein Loch definiert, das sich durch das Flächenelement von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche erstreckt; eine Manschette, die einen ersten Abschnitt mit einem ersten Faltenbalg, einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Faltenbalg und einen dritten Abschnitt, welcher sich durch das Loch hindurch erstreckt und den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet, umfasst; und ein Dichtungselement, das funktional mit dem dritten Abschnitt der Manschette verbunden ist und mit dem Flächenelement in Kontakt steht, um zumindest eine Dichtung um das Loch herum zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Manschette eine Kammer definiert; wobei der erste Abschnitt der Manschette eine erste Öffnung der Kammer auf der ersten Seite des Flächenelements definiert; wobei die Manschette ein Lager definiert, das funktional mit dem zweiten Abschnitt der Manschette verbunden ist und das eine zweite Öffnung der Kammer auf der zweiten Seite des Flächenelements definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, welche weiterhin eine Lenkwelle umfasst, die sich durch die erste und die zweite Öffnung hindurch erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, welche weiterhin eine Lenkgetriebeanordnung umfasst, die funktional mit der Lenkwelle verbunden ist und ein Gehäuse umfasst; wobei das Gehäuse mit dem ersten Abschnitt der Manschette in Kontakt steht und den ersten Faltenbalg gegen das Flächenelement presst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der zweite Abschnitt der Manschette durch elastische Dehnung gekennzeichnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, welche weiterhin umfasst: ein erstes Befestigungselement, das in Bezug auf das Lager angebracht ist; ein zweites Befestigungselement, das in Bezug auf die Lenkwelle angebracht ist; und wobei das erste Befestigungselement mit dem zweiten Befestigungselement in Eingriff steht und dadurch eine Bewegung des zweiten Abschnitts der Manschette relativ zu der Lenkwelle begrenzt und die elastische Dehnung beibehält.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das erste und das zweite Befestigungselement so ausgelegt sind, dass sie miteinander einen Schnappeingriff bereitstellen, wenn die Lenkwelle weit genug durch die zweite Öffnung hindurch eingeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der erste Abschnitt der Manschette eine höhere Federkonstante als der zweite Abschnitt der Manschette aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Loch kreisrund ist; wobei das Dichtungselement einen ersten Teil, der in dem Loch mit dem Flächenelement in Kontakt steht, einen zweiten Teil, der mit der ersten Fläche des Flächenelements in Kontakt steht, und einen dritten Teil, der mit der zweiten Fläche des Flächenelements in Kontakt steht, umfasst; wobei die zumindest eine Dichtung um das Loch herum eine erste ringförmige Flächendichtung, eine zweite ringförmige Flächendichtung und eine dritte ringförmige Flächendichtung umfasst; wobei der Kontakt zwischen dem ersten Teil des Dichtungselements und dem Flächenelement die erste ringförmige Flächendichtung bildet; wobei der Kontakt zwischen dem zweiten Teil des Dichtungselements und der ersten Fläche die zweite ringförmige Flächendichtung bildet; wobei der Kontakt zwischen dem dritten Teil des Dichtungselements und der zweiten Fläche die dritte ringförmige Flächendichtung bildet.
Vorrichtung zum Abdichten eines Lochs in einem Flächenelement, das eine erste Fläche auf einer Seite des Flächenelements und eine zweite Fläche auf der anderen Seite des Flächenelements aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Manschette, die einen ersten Abschnitt mit einem ersten Faltenbalg, einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Faltenbalg und einen dritten Abschnitt, welcher den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt miteinander verbindet, umfasst; und ein Dichtungselement, das funktional mit dem dritten Abschnitt der Manschette verbunden ist und so ausgelegt ist, dass wenn sich der dritte Abschnitt der Manschette innerhalb des Lochs befindet, das Dichtungselement mit dem Flächenelement in Kontakt steht, um zumindest eine Dichtung um das Loch herum zu bilden.