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Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtelement zur Abdichtung eines Batteriedeckels eines Batteriegehäuses sowie die Verwendung des Dichtelementes an einer Batterie, einer LEM-Batterie im Allgemeinen und einer LeM48 V-Batterie im Besonderen.
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Stand der Technik
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WO 2015/135541 A1 bezieht sich auf eine Dichtung für eine hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung. Es wird eine Dichtung offenbart, die so aufgebaut ist, dass sie in Dichtrichtung im Wesentlichen U- oder V-förmig geformt ist und Dichtlippen an die jeweilige abzudichtende Dichtfläche drücken. Die Dichtlippen bewegen sich in hebelartiger Fortsetzung gegen die jeweilige Dichtfläche. Es sind Elastomer-Dichtungen aus Silikon, EPDM oder HMBR genannt, die durch ihre Geometrie im verbauten Zustand vorgespannt sind. Ferner ist ein Spannelement vorgesehen, welches eine statische Dichtlippe aufweist. Ein Dichtelement weist einen Grundkörper mit einer Dichtlippe auf, wobei eine einen Fortsatz aufweisende Dichtkonturvorgesehen ist. Für die Befestigung des Vorspannelementes an dem Dichtelement ist an dem Vorspannelement eine Ausstülpung ausgebildet. Das Vorspannelement kann durch ein oder mehrere Kunststoffbauteile dargestellt sein.
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DE 10 2009 005 775 A1 hat eine Lagerabdichtungsanordnung zum Gegenstand. Diese umfasst einen Dichtring und einen Laufring mit wenigstens einer axial gerichteten Lauffläche, wobei an dem Dichtring zumindest eine erste Dichtlippe zur Anlage an der axial gerichteten Lauffläche angeformt ist. Der Dichtring weist einen bogenförmigen Fortsatz auf, an dessen freien Ende die erste Dichtlippe angeformt ist. Durch das Anformen der ersten Dichtlippe kann eine Auflagekraft der Dichtlippe auch bei vergleichsweise steifem Dichtungsmaterial gut dosiert werden.
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DE 10 2009 022 109 A1 hat eine Drehdurchführung mit geringer Gasdurchlässigkeit zum Gegenstand. Die Drehdurchführung umfasst eine Dichteinrichtung. Die Dichteinrichtung weist eine Lamellendichtung auf, wobei die Lamellen an der Umfangsfläche einer Welle dichtend anliegen und in axialer Richtung verpressbar sind. Ferner kann die Dichteinrichtung als Radialwellendichtung mit einer metallischen Dichtlippe ausgestattet sein, welche ein V-förmiges Profil innerhalb des Kontaktbereiches aufweist.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Dichtelement zur Abdichtung eines Batteriedeckels für eine Batterie vorgeschlagen, mit mindestens einer sich in radialer Richtung erstreckenden, verformbaren Dichtlippe, deren Radialerstreckung zu einer Kontaktfläche einen Abstand zu dieser um einen Überstand übersteigt. An der mindestens einen verformbaren Dichtlippe ist mindestens eine sich radial erstreckende Rippe angeformt.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird ein Dichtelement angegeben, welches als statisches Dichtelement in der Großserienfertigung größere Bauteiltoleranzen ausgleicht und einen weitestgehend konstanten maximalen Kontaktdruck an der Dichtstelle aufrechterhält.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die mindestens eine Rippe auf der Seite der mindestens einen Dichtlippe angeformt, die im verformten Zustand der Kontaktfläche zuweist.
Bei dieser Kontaktfläche handelt es sich insbesondere um eine Innenseite eines Gehäuses einer Batterie.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die mindestens eine Rippe an der mindestens einen Dichtlippe umlaufend ausgeführt.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement umfasst mindestens eine Rippe, die in verschiedenen Geometrien ausgeführt werden kann. So kann die mindestens eine Rippe in einer Halbkreisgeometrie ausgeführt sein, derart, dass der Halbkreis der Kontaktfläche, an der die Abdichtung herzustellen ist, gegenüber liegt. Andererseits kann die mindestens eine Rippe auch in Viereck- oder Dreieck-Geometrie ausgeführt sein, wobei im Falle der Dreieck-Geometrie die mindestens eine Rippe ein spitz zulaufendes eckiges Ende aufweist.
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Wird die mindestens eine Rippe in Halbkreis-Geometrie oder in Viereck- bzw. Dreieck-Geometrie ausgeführt, lässt sich an der abzudichtende Kontaktfläche eine Punktanlage erzielen, oder im Falle des Einsatzes einer Halbkreis-Geometrie eine sphärische Anlage erreichen.
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In Punktanlage zwischen der mindestens einen Rippe und der Kontaktfläche liegt ein Kontaktdruckmaximum des Kontaktdruckes p zwischen der Kontaktfläche und dem Dichtelement vor. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann dieses Druckmaximum auch bei weiterer Verformung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelementes aufrechterhalten werden, und zwar solange die Punktanlage zwischen der mindestens einen Rippe und der Kontaktfläche herrscht. Werden beispielsweise am Dichtelement mehrere Dichtlippen angeformt, die eine Radialerstreckung aufweisen, so kann bei starker Verformung einer ersten Dichtlippe, an welcher eine Rippe angeformt ist, die in Montagerichtung gesehen, dieser nachfolgende Dichtelemente, an der einen Rippe angeformt ist, die Punktanlage zur Kontaktfläche übernehmen. So kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine Redundanz bezüglich der jeweils wirkenden Dichtpartner erreicht werden.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung des Dichtelementes an einer Batterie, deren Gehäuse mit einem Batteriedeckel abgedichtet ist.
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Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf die Verwendung des Dichtelementes an einer LeM48 V Batterie, [Lem Light Electrical Mobility].
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Vorteile der Erfindung
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Wie obenstehend bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement in der Großserienfertigung üblicherweise auftretende Toleranzen zwischen den einzelnen Bauteilen, d.h. zwischen Batteriegehäusen und Batteriedeckeln ausgleichen. Hinzu kommt, dass durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung auch Abweichungen hinsichtlich der Montagevorrichtungen ausgeglichen werden können. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement lassen sich bei hohen Verpressungen, die sich auf Grund der Bauteile-Montagetoleranzen ergeben können, steile Abfälle des Maximalkontaktdruckes vermeiden.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird ein konstanter maximaler Kontaktdruck zwischen dem Dichtelement und der Kontaktfläche aufrechterhalten: gleichzeitig können größere Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Es ergibt sich ein Kostenvorteil durch eine gröber zu dimensionierende Bauteilgestaltung und Montagegestaltung. Je nach Anzahl der Rippen, die am erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelement, bzw. an dessen Dichtlippen ausgebildet werden können, kann eine mehrfache Redundanz erreicht werden.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement bietet allgemein eine Verbesserung der Robustheit statischer, in radialer Richtung wirkender Lamellendichtungen im Vergleich zu Lösungen gemäß des Standes der Technik.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist darin zu erblicken, dass das Dichtelement beim Öffnen einer Batterie im Falle einer Entgasung von Batteriezellen ein Sicherheitselement darstellt. Es gilt ein Optimum zu finden zwischen einem minimalen Öffnungsdruck, der aus Sicherheitsgründen einzuhalten ist, und einem maximalen Anpressdruck zur Aufrechterhaltung der Abdichtungswirkung. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung stellt einen Kompromiss zur Sicherheitsanforderung des Einhaltens eines minimalen Öffnungsdrucks einerseits und andererseits einer funktionierenden Anforderung hinsichtlich des maximalen Anpressdruckes zur Herstellung einer qualitativ hochwertigen Anpressung sicher.
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Figurenliste
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 Ein an einer abzudichtenden Komponente aufgenommenes Dichtelement und ein Bauteil, bspw. ein Gehäuse, an dem ein Batteriedeckel zu montieren ist,
- 2 den qualitativen Verlauf eines maximalen Kontaktdruckes an einer Dichtstelle,
- 2.1 eine erste Auslenkung einer Dichtlippe,
- 2.2 eine zweite Auslenkung einer Dichtlippe,
- 3 den qualitativen Verlauf des maximalen Kontaktdruckes p
- 3.1 eine Dichtlippenkontur mit einer ersten Rippe und einer zweiten angedeuteten Rippe,
- 4 ein Batteriegehäuse,
- 4.1 ein Längsschnitt durch das Batteriegehäuse gemäß 4,
- 4.2 eine Detaildarstellung des Dichtelements zwischen Batteriegehäuse und Deckel und
- 5 eine Draufsicht auf das Batteriegehäuse.
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Ausführungsvarianten
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Der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass ein Batteriedeckel 10 mit einem Dichtelement 14 versehen ist. Das Dichtelement 14 ist auf eine Anlagefläche 12 des Batteriedeckels 10 aufgebracht und als LSR-Dichtung 16 beschaffen. Das Dichtelement 14 umfasst eine erste Dichtlippe 18 und eine zweite Dichtlippe 20. Die beiden Dichtlippen 18 und 20 verlaufen entsprechend einer radialen Erstreckung 22 in Radialrichtung in Bezug auf die Anlagefläche 12.
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Unterhalb des Dichtelementes 14 befindet sich ein Batteriegehäuse 26, welches an seiner dem Dichtelement 14, bzw. dessen Dichtlippen 18, 20 zuweisenden Seite, eine Kontaktfläche 28 aufweist. Das in 1 dargestellte Dichtelement 14 wird in Montagerichtung 30 montiert, d.h. in das Batteriegehäuse 26 eingeschoben, so dass die beiden sich in Radialrichtung erstreckenden Dichtlippen 18 bzw. 20 eine Verformung erfahren, da diese elastisch verformbar sind. Die radiale Erstreckung 22 der beiden Dichtlippen 18, 20 ist derart bemessen, dass diese jeweils einen Überstand 24 aufweisen, der einen Abstand 32 zwischen dem Dichtelement 14 und der Kontaktfläche 28 des Batteriegehäuses 26 übersteigt.
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In den 2, 2.1 und 2.2 ist ein qualitativer Verlauf des Kontaktdruckes des Dichtelementes 14 aufgetragen, jeweils gegenübergestellt dem Grad der Verformung einer der Dichtlippen 18, 20.
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Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass bei Montage des Dichtelementes 14 gemäß der Darstellung in 1 in Montagerichtung 30, beispielsweise die erste Dichtlippe 18 eine Verformung erfährt, wie sie in 2.1 dargestellt ist. Im Verformungszustand 42 entsprechend 2.1, erfährt die erste Dichtlippe 18 eine erste Auslenkung 48. In der ersten Auslenkung 48 kommt es zu einer Punktanlage 44 zwischen der Spitze der ersten Dichtlippe 18 und der sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckenden Kontaktfläche 28 des Batteriegehäuses 26. Der in 2.1 dargestellte Verformungszustand 42 der ersten Dichtlippe 18 korrespondiert zum einem Kontaktdruckmaximum 38, welchen der Kontaktdruckverlauf 36, aufgetragen über den Überstand 24, erreicht.
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Wie aus dem Verlauf des Kontaktdruckes p weiter hervorgeht, kommt es bei weiterer Verformung der ersten Dichtlippe 18, wie sie in der 2.2 dargestellt ist, zu einem starken Kontaktdruckabfall 64, der durch ein Kontaktdruckminimum 40 in 2 gekennzeichnet ist, und der dem in 2.2 dargestellten Verformungszustand der ersten Dichtlippe 18 entspricht. Wie aus 2.2 hervorgeht, befindet sich die erste Dichtlippe 18 in einem Verformungszustand 42, welcher einer zweiten Auslenkung 50 entspricht. Im in 2.2 dargestellten Zustand kommt es zu einer flächigen Anlage 46 der Außenseite 68 der ersten Dichtlippe 18 an der Kontaktfläche 28 des abzudichtenden Batteriegehäuses 26. 2 zeigt, dass es zwischen dem Kontaktdruckmaximum 38, vgl. erste Auslenkung 48 der ersten Dichtlippe 18 und dem in 2.2 dargestellten Zustand zweite Auslenkung 50 der ersten Dichtlippe 18 zu einem starken Kontaktdruckabfall 64 kommt. Dadurch wird die Qualität der Dichtfunktion verschlechtert.
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In den 3 und 3.1 ist dargestellt, wie der Kontaktdruck p zwischen dem Dichtelement 14 und der Kontaktfläche 28 des abzudichtenden Batteriegehäuses 26 verläuft.
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Wie aus 3.1 hervorgeht, ist in dieser Darstellung die erste Dichtlippe 18 mit einer Dichtlippenkontur 52 versehen, die entweder eine erste Rippe 54 oder eine erste und eine zweite Rippe 54, 56 aufweist. Die erste Rippe 54 und gegebenenfalls die zweite Rippe 56 befinden sich auf der Außenseite 68 der ersten Dichtlippe 18, während eine Innenseite 66 der ersten Dichtlippe 18 frei von Konturen ist. In der Darstellung gemäß 3.1 liegt die erste Rippe 54, die sich an der Außenseite 68 der ersten Dichtlippe 18 befindet, in Punktanlage 70 an der Kontaktfläche 28 des abzudichtenden Batteriegehäuses 26 an. In diesem Zustand stellt sich entsprechend des Diagramms das Kontaktdruckmaximum 38 des Kontaktdruckes p ein. Bei der in 3.1 dargestellten Dichtlippenkontur 52 wird das Kontaktdruckmaximum 38 auch bei weiterer Verformung, d.h. Auslenkung der ersten Dichtlippe 18 aufrecht erhalten, da auch bei weiterer Verformung der ersten Dichtlippe 18 zwischen der ersten Rippe 54 und der sich im Wesentlichen in vertikale Richtung erstreckenden Kontaktfläche 28 des abzudichtenden Batteriegehäuses 26 die Punktanlage 70 zwischen der ersten Rippe 54 und der Kontaktfläche 28 aufrecht erhalten bleibt.
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Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung das Kontaktdruckmaximum 38 auch bei weiterer Verformung der ersten Dichtlippe 18 aufrechterhält, da die Punktanlage 70 beibehalten wird.
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In Abwandlung zu der in 3.1 dargestellten Geometrie der ersten Rippe 54 bzw. der zweiten Rippe 56, können die Rippen 54, 56 auch in einer Rechteck-Geometrie 60 oder einer Dreieck-Geometrie 62 oder - wie dargestellt - in einer Halbrund-Geometrie 58 ausgeführt sein. Im Falle der Ausbildung der Halbrund-Geometrie 58 an der ersten Rippe 54 entsteht die Punktanlage 70, im Falle der Dreieck-Geometrie 62 der ersten Rippe 54 ebenfalls die Punktanlage 70. Wird die erste Rippe 54 oder die zweite Rippe 56 in einer Rechteck-Geometrie 60 angeformt, wird eine Dichtfläche 74 gebildet, die jedoch im Vergleich zur Darstellung gemäß 2.2 eine wesentlich geringere vertikale Erstreckung aufweist.
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Werden am Dichtelement 14 mehrere Dichtlippen 18,20 ausgeführt, so kann eine Redundanz hinsichtlich der Aufrechterhaltung des Kontaktdruckmaximums 38 erreicht werden, indem mehrere Dichtlippen 18, 20 in Punktanlage 70 zur Kontaktfläche 28 des abzudichtenden Batteriegehäuses 26 gelangen. Damit verschiebt es sich zwar der Ort der Abdichtung, jedoch bleibt das Kontaktdruckmaximum 38 stets aufrecht erhalten.
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Je nach der Größe der Bauteiltoleranzen, die gegeneinander abzudichten sind, lässt sich durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement 14 eine Abdichtung ermöglichenden Kontaktdruck p aufrechterhalten, der in der Nähe des Kontaktdruckmaximums 38 liegt.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist ein im Wesentlichen konstanter maximaler Kontaktdruck p gegeben, der auch über größere Bauteiltoleranzen gesehen aufrechterhalten werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ergibt sich ein Kostenvorteil durch gröbere Bauteil- und Montagewerkzeuggestaltung. Entsprechend der Anzahl der Rippen 54, 56 gleich welcher Geometrie, die auf der Außenseite 68 der Dichtlippen 18, 20 angeformt sind, lässt sich eine Redundanz einstellen, so dass die Aufrechterhaltung des Kontaktdruckmaximums 38 allzeit gegeben ist. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtelement 14 ist hinsichtlich seiner Robustheit als statisch radial wirkende Lamellendichtung erheblich verbessert.
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Die 4 zeigt ein Batteriegehäuse 26, welches hier beispielhaft für eine LeM48 V-Batterie dargestellt sei und mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtelements 14 abgedichtet ist. Die 4.1 zeigt einen Längsschnittverlauf 80 durch das Batteriegehäuse 26 gemäß der Darstellung in 4. 4.2 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer LSR-Dichtung 16, die zwischen dem Batteriegehäuse 26 und einer an der Unterseite des Batteriedeckels 10 ausgebildeten Anlagefläche 78 angeordnet ist. Der 4.2 sind darüber hinaus die ersten und zweiten Dichtlippen 18, 20 des Dichtelementes 14 zu entnehmen. Durch das Dichtelement 14, welches auf der den Dichtlippen 18, 20 abgewandten Seite an der Anlagefläche 78 der Unterseite des Batteriedeckels 10 liegt, wird das Batteriegehäuse 26 abgedichtet. Das Dichtelement 14 liegt an einem umlaufenden Deckelansatz 76 an.
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Aus der Darstellung gemäß 5 geht eine Draufsicht auf das Batteriegehäuse 26 hervor. Wie der Draufsicht gemäß der 5 zu entnehmen ist ist das Dichtelement 14 als LSR-Dichtung 16 umlaufend ausgebildet. 5 zeigt, dass die LSR-Dichtung 16 an einer Innenseite, d.h. der Kontaktfläche 28 des Batteriegehäuses 26 dichtend anliegt. Das Batteriegehäuse 26 weist eine Gehäusekontur 82 auf, die im Wesentlichen rechteckförmig ausgeführt ist, jedoch auch ovale Abschnitte, insbesondere auf der Längsseite umfasst. An der Kontaktfläche 28 liegen die in 5 nicht dargestellten ersten und zweiten Dichtlippen 18 mit den darin ausgebildeten Rippen 54 bzw. 56 an der Innenseite des Batteriegehäuses 26 dichtend an.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/135541 A1 [0002]
- DE 102009005775 A1 [0003]
- DE 102009022109 A1 [0004]
