DE19857392A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine durch eine Öffnung, insbesondere eine Wandöffnung in einem Kraftfahr­ zeug, geführte, relativ zu der Öffnung drehbar gelagerte und ei­ nen profilierten Oberflächenabschnitt aufweisende Welle mit ei­ ner an der Öffnung fixierten, die Welle umschließenden elasti­ schen Manschette, die sich gegen die Welle über einen Stützring abstützt.

Aus der Patentschrift DE 29 32 317 C2 ist eine Abdichtung für eine durch eine Wandöffnung geführte Welle bekannt, die ein scheibenförmiges Dichtelement aufweist, welches drehfest mit der Welle verbunden ist. Das scheibenförmige Dichtelement ist in ei­ nem doppelwandigen, an der Wandöffnung angeordneten Aufnahmeraum untergebracht, wobei das Dichtelement stirnseitige Gleit- bzw. Dichtflächen aufweist, die in engem Kontakt mit den Innenseiten des Aufnahmeraumes stehen. Die Größe des Dichtelementes ist so gewählt, daß sich in jeder Winkellage der Welle eine vollständi­ ge Überlappung von Dichtelement und Wandöffnung ergibt, wobei die Welle exzentrisch zur Wandöffnung gelagert sein kann.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 94 05 633 U1 ist ein Dichtelement für die Durchführung einer Lenksäule eines Kraftfahrzeuges durch ei­ ne Wandöffnung bekannt, das einen an der Wandöffnung fixierten Dichtkörper aufweist, in den eine Buchse eingesetzt ist, durch die die Lenksäule geführt ist.

Aus der Offenlegungsschrift DE 42 21 669 A1 ist eine Abdeckein­ heit für eine Wandöffnung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, durch die eine Lenksäule geführt ist. Die Abdeckeinheit besteht im wesentlichen aus einer ersten Abdeckplatte, in die eine Dich­ tungs- und Führungshülse für die Lenksäule integriert ist und die von einer Seite derart auf die Wandöffnung aufgesetzt ist, daß die Führungshülse die Wandöffnung durchgreift. Von der ande­ ren Seite ist eine Gegenplatte auf die Wandöffnung aufgesetzt und mit der Führungshülse verrastet.

Aus der Offenlegungsschrift DE 43 44 385 A1 ist eine Dichtungs­ anordnung für eine durch eine Wandöffnung geführte Lenksäule ei­ nes Kraftfahrzeuges bekannt, die aus einer die Wandöffnung um­ laufenden Dichtlippe und einem diese tragenden Halteteil be­ steht. Das Halteteil sowie die Dichtlippe, die als ein Hohlwulst ausgebildet ist, sind an einem Mantelrohr der Lenksäule fixiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die eine besonders gute Abdich­ tung der Wandöffnung und die Verwendung von Wellen mit einem be­ liebig profilierten Oberflächenabschnitt ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Stützring innenseitig ein elastischer Dichtmantel zugeordnet ist, mittels dessen der Stützring drehfest auf der Welle ange­ ordnet ist, und daß der Stützring außenseitig eine zylindrische Gleitfläche aufweist, auf der die elastische Manschette gelagert ist. Dabei ist der Dichtmantel flexibel und so weit elastisch deformierbar gestaltet, daß er sich an die Profilierung des Oberflächenabschnitts der Welle anpaßt und die Welle dichtend umgibt. Der Stützring preßt den Dichtmantel selbsthemmend gegen die Welle und stellt eine Außenoberfläche zur Verfügung, auf der die Manschette gleiten kann, wenn die Welle rotiert. Dazu ist vorgesehen, den Stützring mit einer geringen Formtoleranz hin­ sichtlich der Rundheit und guten Gleiteigenschaften an seiner Außenoberfläche auszustatten. Durch die vorgeschlagene Anordnung kann sowohl eine gute Abdichtung der von der Welle durchsetzten Öffnung, als auch ein Ausgleich von Formtoleranzen der Welle er­ zielt werden. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Dichtungsanordnung lassen sich auch unrunde Wellen abdichten.

In Ausgestaltung der Erfindung weist der Stützring einen wenig­ stens bereichsweise elastisch aufspreizbaren Klemmringabschnitt auf, dem der elastische Dichtmantel zugeordnet ist, und es ist ein lösbar mit dem Klemmringabschnitt verbindbarer Gleitringab­ schnitt vorgesehen, der mit der zylindrischen Gleitfläche ver­ sehen ist. Der Klemmringabschnitt ist in seinem elastisch auf­ spreizbaren Bereich elastisch zusammendrückbar, so daß der Glei­ tringabschnitt auf den Klemmringabschnitt aufgeschoben und radi­ al verspannt werden kann, wobei der Dichtmantel mit einem mit dem elastisch aufspreizbaren Bereich des Klemmringabschnitts korrespondierenden Abschnitt fest gegen die Welle gedrückt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Klemmringab­ schnitt, insbesondere in seinem elastisch aufspreizbaren Be­ reich, mit einem oder mehreren Längsschlitzen versehen. Dadurch wird ein besonders hoher reversibler Deformationsgrad des Klemm­ ringabschnitts erreicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Dichtmantel fest mit dem Klemmringabschnitt verbunden und weist in einem mit dem elastisch aufspreizbaren Bereich des Klemmringabschnitts korre­ spondierenden Abschnitt eine innenseitige Verengung auf. Der vorzugsweise aus einem elastomeren Kunststoff hergestellte Dichtmantel ist stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben, Schweißen oder Anspritzen mit dem Klemmringabschnitt verbunden. Die Verengung wird durch eine vorzugsweise ballige oder konisch verengte Innenoberfläche gebildet, wobei vorzugsweise eine in diesem Bereich erhöhte Wandstärke des Dichtmantels vorgesehen ist. Bei einem Aufschieben der aus dem Dichtmantel und dem Klemmringabschnitt bestehenden Einheit auf die Welle werden bei­ de Elemente elastisch gedehnt, so daß sie selbsttätig auf der Welle klemmen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen der Klemmringab­ schnitt, insbesondere in seinem elastisch aufspreizbaren Bereich eine konische Außenkontur und der Gleitringabschnitt, insbeson­ dere in einem zu dem elastisch aufspreizbaren Bereich des Klemm­ ringabschnitts korrespondierenden Bereich, eine an die Außenkon­ tur des Klemmringabschnitts angepaßte konische Innenkontur auf. Damit ergibt sich eine selbsthemmende reibschlüssige Klemmver­ bindung längs einer schrägen Kegelfläche, die je nach axialer Aufschieblänge von Klemmring- und Gleitringabschnitt einen Tole­ ranzausgleich ermöglicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen Gleit­ ringabschnitt und Klemmringabschnitt ineinandergreifende Rast­ elemente, insbesondere korrespondierende Verzahnungen, angeord­ net. Damit wird eine einfache, zuverlässige Rastverbindung rea­ lisiert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen der Gleitringab­ schnitt ein Innengewinde und der Klemmringabschnitt ein korre­ spondierendes Außengewinde auf. Dadurch wird eine besonders zu­ verlässige Schraubverbindung realisiert, wobei in axialer Rich­ tung die Gewindeabschnitte Rastelemente darstellen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Klemmringab­ schnitt einen steifen, ringförmigen Flansch auf. Der radial ab­ ragende Flansch dient zur Versteifung des Klemmringabschnitts und als Anschlagfläche für den aufgeschobenen Gleitringab­ schnitt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeich­ nungen dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung eine durch eine Wandöffnung geführte Lenkspindel eines Perso­ nenkraftwagens mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsan­ ordnung zur Abdichtung der Wandöffnung,

Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht einen Klemmring der Dichtungsanordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht einen Gleitring der Dichtungsanordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 in einem Querschnitt entlang der Linie IV-IV den Klemm­ ring gemäß Fig. 2 und

Fig. 5 in einem Querschnitt entlang der Linie V-V den Gleitring gemäß Fig. 3.

In Fig. 1 ist eine Längsspindel 1 eines Personenkraftwagens dar­ gestellt, die durch eine Querwand 2 zwischen Motorraum und Fahr­ gastzelle geführt ist. Dazu weist die Querwand 2 eine Öffnung 2a auf, die von einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 3 ver­ schlossen ist.

Die Lenkspindel 1 beinhaltet einen als Wellrohr gestalteten Ab­ schnitt 1b, der durch seine Wellung eine in Umfangsrichtung der Lenkspindel 1 profilierte Außenoberfläche aufweist. Die Lenk­ spindel 1 ist in nicht dargestellter Weise um ihre Hauptachse 1a drehbar gelagert und wird von einer ein wesentliches Bauteil der Dichtungsanordnung 3 bildenden Manschette in Form eines Falten­ balges 4 umgeben, der drehfest an der Querwand 2 fixiert ist. Der Faltenbalg 4 besteht vorzugsweise aus einem gut elastisch verformbaren Kunststoff oder aus Gummi und stützt sich federnd mit seinen Endbereichen 4a und 4b an wellenseitigen Gleitflächen 5a und 6a ab. Dazu sind in den Endbereichen 4a und 4b nicht nä­ her bezeichnete, ringförmige Dichtlippen ausgebildet, an denen sich die Gleitflächen 5a und 6a entlangbewegen. Die Gleitfläche 5a befindet sich an der Außenseite eines auf die Lenkspindel 1 drehfest aufgesetzten Führungsrings 5, während die Gleitfläche 6a an der Außenseite einer wie folgt aufgebauten Dichtungsein­ heit 9 angeordnet ist.

Die Dichtungseinheit 9 umschließt die Lenkspindel 1 vollständig und ist drehfest mit dieser verbunden. Sie besteht aus einem Stützring 6, 7 sowie einem Dichtmantel 8, wobei der Stützring 6, 7 wiederum in einen als selbständiger Gleitring ausgeführten außenliegenden Gleitringabschnitt 6 und einen als selbständiger Klemmring ausgeführten innenliegenden Klemmringabschnitt 7 un­ terteilt ist. Die zylindrische Außenoberfläche des Gleitrings 6, der im Detail in den Fig. 3 und 5 dargestellt ist, bildet die Gleitfläche 6a. Der Gleitring 6 ist weitgehend steif ausgeführt und vorzugsweise aus einem Polyacetalharz (POM) oder Polytetra­ fluorethylen (PTFE) mit günstigem Gleit- und Verschleißverhalten hergestellt. Er weist in einem vorderen Abschnitt 6b eine sich zum Ringende hin verengende konische Innenkontur sowie ein aus vier korrespondierenden Teilen bestehendes Innengewinde 6c auf. Die vordere Außenkante des Gleitrings 6 ist ferner mit einem ausgedehnten Radius 6d versehen.

Der Gleitring 6 ist auf den in den Fig. 2 und 4 dargestellten Klemmring 7 aufgeschraubt, der ein zu dem Innengewinde 6c des Gleitrings korrespondierendes Außengewinde 7c aufweist. Das Außengewinde 7c ist in einem vorderen Abschnitt 7b angeordnet, in dem der Klemmring 7 eine konische Außenkontur aufweist, an die die konische Innenkontur des Gleitrings 6 angepaßt ist. Der Klemmring 7 weist ferner einen ausgedehnten, elastisch auf­ spreizbaren Bereich 7d auf, in dem er mit Längsschlitzen 7e ver­ sehen ist. Der elastisch aufspreizbare Bereich 7d erstreckt sich über einen Großteil der Länge des Klemmrings 7 und geht rück­ seitig in einen steifen Abschnitt über, in dem an dem Klemmring 7 ein steifer, zylindrischer Flansch 7a vorgesehen ist. Der Flansch 7a dient einerseits zur Stabilisierung des Klemmrings und andererseits als Anschlagfläche für den aufgeschraubten Gleitring 6. Der Klemmring 7 besteht vorzugsweise aus einem zähen und elastischen Kunststoff, wie Polypropylen (PP).

Innenseitig weist der Klemmring 7 eine zylindrische Bohrung auf, in die der Dichtmantel 8 aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) eingesetzt ist. Der Dichtmantel 8 erstreckt sich über die gesamte Länge des Klemmrings 7 und ist vorzugsweise stoffschlüs­ sig, insbesondere durch Anspritzen, Anvulkanisieren oder Kleben mit dem Klemmring verbunden. Der Dichtmantel 8 weist in einem mit dem elastisch aufspreizbaren Bereich 7d des Klemmrings 7 korrespondierenden Abschnitt eine innenseitige Verengung auf, die durch eine von den Enden des Dichtmantels 8 bis zu einem Scheitel 8a kontinuierlich zunehmende Wandstärke des Dichtman­ tels 8 realisiert ist.

Zur Montage der aus Gleitring 6, Klemmring 7 und Dichtmantel 8 bestehenden Dichtungseinheit 9 wird zunächst das aus Klemmring 7 und Dichtmantel 8 bestehende Bauteil auf den profilierten Well­ rohrabschnitt 1b der Lenkspindel 1 geschoben, wobei der maximale Durchmesser des Wellrohrabschnitts 1b in etwa dem größen Innen­ durchmesser des Dichtmantels 8 entspricht. Daher werden Klemm­ ring 7 und Dichtmantel 8 infolge der verengten Gestaltung des Dichtmantels 8 beim Aufschieben auf die Lenkspindel 1 und insbe­ sondere auf den Wellrohrabschnitt 1b elastisch aufgeweitet. Wenn sich der Klemmring 7 samt Dichtmantel 8 in der richtigen Positi­ on auf der Lenkspindel 1 befinden, wird der Gleitring 6 auf den Klemmring 7 aufgeschraubt, wobei der elastisch aufspreizbare Be­ reich 7d des Klemmrings 7 sowie der Dichtmantel 8 zusammenge­ drückt und gegen die Lenkspindel 1 gepreßt werden. Dabei greift der Dichtmantel 8 in die Profilierungen des Wellrohrabschnitts 1b ein, wobei er sich entsprechend verformt und an die Kontur der Profilierungen anpaßt. Der Gleitring 6 wird so weit wie er­ forderlich auf den Klemmring 7 aufgeschraubt, wobei ein selbst­ hemmendes Gewinde 6c, 7c ein selbsttätiges Lösen der Schraubver­ bindung verhindert. Nachfolgend läßt sich der Endbereich 4b des Faltenbalgs 4 über den Radius 6d auf die Gleitfläche 6a schie­ ben, auf der die Dichtlippen des Faltenbalgs 4 bei einem Drehen der Lenkspindel 1 einschließlich der Dichtungseinheit 9 automa­ tisch ihre geeignete Position einnehmen können.

Die vorgeschlagene Dichtungseinheit 9 ist auf unterschiedlich profilierten und mit Toleranzen von bis zu wenigstens 1,5 mm be­ hafteten Lenkspindeln 1 montierbar, wobei sie eine vollständige Abdichtung zwischen Lenkspindel und Faltenbalg 4 ermöglichen. Dadurch wird nicht nur ein Stoff- sondern auch ein Schalldurch­ gang weitgehend vermieden. Die Dichtungseinheit 9 ist auf einfa­ che Weise, gegebenenfalls auch automatisiert, montierbar und de­ montierbar. Durch eine geeignete Werkstoffwahl und geringe Form­ toleranzen werden Geräusche zwischen der Dichtungseinheit 9 und dem Faltenbalg 4 weitgehend vermieden. Bei einer günstigen Posi­ tionierung des Faltenbalgs 4 gegenüber der Dichtungseinheit 9 positioniert sich der Endbereich 4b bei einem Drehen der Lenk­ spindel 1 selbsttätig auf der Gleitfläche 6a.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwischen Gleitring 6 und Klemmring 7 anstelle des Gewindes 6c, 7c mehrere, wenigstens in axialer Richtung wirksame Rastelement e vorgesehen, die ein Lösen der Verbindung zwischen Gleitring und Klemmring verhindern und diese axial gegeneinander festlegen.

In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung sind die konischen Kontaktflächen zwischen dem Gleitring 6 und dem Klemmring 7 derart gestaltet, daß sich beim Aufeinander­ schieben eine selbsthemmende Klemmverbindung ergibt und somit auf ein Gewinde oder Rastelemente zwischen Gleitring und Klemm­ ring verzichtet werden kann. Dabei ist insbesondere auf Seiten des Gleitrings eine außenseitige, günstige Reibungseigenschaften aufweisende Oberflächenbeschichtung vorsehbar.

In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel der Dich­ tungsanordnung 3 ist der Dichtmantel 8 direkt in den Gleitring 6 eingesetzt, wobei auf den Klemmring 7 verzichtet wird.

In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel sind der Gleitring, der Klemmring und/oder der Dichtmantel zweiteilig ausgeführt, so daß der betreffende Ring auf die Lenkspindel auf­ geclipst werden kann.

Claims (9)

1. Dichtungsanordnung für eine durch eine Öffnung, insbesonde­ re eine Wandöffnung in einem Kraftfahrzeug, geführte, relativ zu der Öffnung drehbar gelagerte und einen profilierten Oberflä­ chenabschnitt aufweisende Welle mit

• - einer an der Öffnung fixierten, die Welle umschließenden ela­ stischen Manschette, die sich gegen die Welle über einen Stütz­ ring abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß
• - dem Stützring (6, 7) innenseitig ein elastischer Dichtmantel (8) zugeordnet ist, mittels dessen der Stützring (6, 7) dreh­ fest auf der Welle (1) angeordnet ist, und daß
• - der Stützring (6, 7) außenseitig eine zylindrische Gleitfläche (6a) aufweist, auf der die elastische Manschette (4) gelagert ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (6, 7) einen wenigstens bereichsweise elastisch aufspreizbaren Klemmringabschnitt (7) aufweist, dem der elasti­ sche Dichtmantel (8) zugeordnet ist, und daß ein lösbar mit dem Klemmringabschnitt (7) verbindbarer Gleitringabschnitt (6) vor­ gesehen ist, der mit der zylindrischen Gleitfläche (6a) versehen ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmring (7), insbesondere in seinem elastisch aufspreizba­ ren Bereich (7d) mit einem oder mehreren Längsschlitzen (7e) versehen ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtmantel (8) fest mit dem Klemmringabschnitt (7) verbun­ den ist und in einem mit dem elastisch aufspreizbaren Bereich (7d) des Klemmringabschnitts (7) korrespondierenden Abschnitt eine innenseitige Verengung (8a) aufweist.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmringabschnitt (7), insbesondere in seinem elastisch aufspreizbaren Bereich (7d) eine konische Außenkontur und der Gleitringabschnitt (6), insbesondere in einem zu dem elastisch aufspreizbaren Bereich (7d) des Klemmringabschnitts (7) korre­ spondierenden Abschnitt, eine an die Außenkontur des Klemm­ ringabschnitts (7) angepaßte konische Innenkontur aufweist.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gleitringabschnitt (6) und Klemmringabschnitt (7) axial formschlüssig ineinandergreifende Rastelemente, insbesondere korrespondierende Verzahnungen (6c, 7c), angeordnet sind, mit­ tels derer der Gleitringabschnitt (6) und der Klemmringabschnitt (7) axial gegeneinander fixierbar sind.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitringabschnitt (6) ein Innengewinde (6c) und der Klemm­ ringabschnitt (7) ein korrespondierendes Außengewinde (7c) auf­ weisen.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmringabschnitt (7) einen steifen, ringförmigen Flansch (7a) aufweist.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (4) als eine Querwand (2) zwischen einem Motor­ raum und einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges durchgreifen­ der sowie eine als Lenkspindelabschnitt ausgeführte Welle (1) umschließender Faltenbalg gestaltet ist.