STAND
DER TECHNIK
Eine
Vorrichtung zur Abdichtung zwischen einem Lenkgetriebegehäuse und
einem Stirnwandblech einer Kraftfahrzeugkarosserie um eine Lenkzapfendurchführung herum
ist aus der
DE 196
30 303 A1 bekannt. Diese Vorrichtung weist einen an dem
Stirnwandblech angebrachten Basiskörper und einen sich von dem
Basiskörper
weg erstreckenden Abdichtmantel aus Elastomerwerkstoff auf, dessen freies
Ende zur Anlage an dem Lenkgetriebegehäuse vorgesehen ist. Für die Anlage
des freien Endes des Abdichtmantels ist an dem Lenkgetriebegehäuse ein radial
abstehender Teller ausgebildet.
Eine
andere Vorrichtung zur Abdichtung zwischen einem Lenkgetriebegehäuse und
einem Stirnwandblech einer Kraftfahrzeugkarosserie um eine Lenkzapfendurchführung herum
ist in Form eines von der Firma Pass praktizierten Stands der Technik bekannt.
Hier erstrecken sich in der derselben Richtung von einem formsteifen
Basiskörper
zur Anbringung an dem Lenkgetriebegehäuse weg ein Abdichtmantel aus
einem Elastomerwerkstoff und ein innerhalb des Abdichtmantels angeordneter
Dichtkörper, die
beide zu der Anlage an dem Stirnwandblech vorgesehen sind. Der Dichtkörper erstreckt
sich in seinem unkomprimierten Zustand über maximal 25 mm von dem Basiskörper bis
zu seinem freien Ende. Der Abdichtmantel besteht aus einem TPE-Material
und umschließt
den Dichtkörper
glockenförmig.
Dabei nimmt ein seitlicher Abstand zwischen dem Dichtkörper und
dem Dichtmantel von dem Basiskörper
weg zu. Das freie Ende des Dichtkörpers steht in seinem unkomprimierten
Zustand leicht über
das freie Ende des Dichtmantels vor. Nach ihrer Vormontage an dem Lenkgetriebegehäuse wird
die bekannte Vorrichtung während
der Fahrzeugmontage, d. h. der so genannten Hochzeit zwischen dem
Fahrwerk und der Kraftfahrzeugkarosserie, automatisch an das Stirnwandblech
herangeführt
und kraftschlüssig
an das Stirnwandblech angedrückt.
Dabei legt sich zunächst
der Dichtkörper
an das Stirnwandblech an und wird komprimiert; zusätzlich erfolgt
dann auch eine Anlage des Dichtmantels an das Stirnwandblech. Auf
diese Weise wird eine Abdichtung zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und
dem Stirnwandblech gegenüber
Schall, flüssigen
Medien und Schmutz erreicht. Die Verformbarkeit des Dichtkörpers und
des Dichtmantels in der Richtung ihrer Erstreckung von dem Basiskörper weg stellen
diese Abdichtung auch bei auftretenden Einbautoleranzen, d. h. Lage-
und Abmessungstoleranzen auf Seiten des Fahrwerks und der Kraftfahrzeugkarosserie,
sicher. Sie sind jedoch nicht in der Lage, zusätzlich auftretende, dynamisch
Bewegungstoleranzen zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und dem Stirnwandblech
der Kraftfahrzeugkarosserie zu kompensieren. Vielmehr muss die bekannte
Vorrichtung mit einer weiteren Vorrichtung zum Bewegungsausgleich
zwischen dem Lenkgetriebegehäuse
und dem Stirnwandblech kombiniert werden. Eine solche zusätzliche
Vorrichtung ist auch erforderlich, um erhöhte Temperaturen, die im Bereich
des Lenkgetriebegehäuses
auftreten können,
von der bekannten Vorrichtung zur Abdichtung zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und
dem Stirnwandblech fernzuhalten, da deren Abdichtmantel aus TPE
unter dynamischen Belastungen keine Beständigkeit bei erhöhten Temperaturen
oberhalb 100 °C
aufweist.
Bei
einer weiteren bekannten Vorrichtung zur Abdichtung zwischen einem
Lenkgetriebegehäuse und
einem Stirnwandblech einer Kraftfahrzeugkarosserie, bei der es sich
um einen praktizierten Stand der Technik der Anmelderin handelt,
fehlt im Gegensatz zu dem zuletzt beschriebenen Stand der Technik der
Firma Pass der Dichtmantel um den Dichtkörper. Die Abdichtung zwischen
dem Lenkgetriebegehäuse und
dem Stirnwandblech wird daher ausschließlich durch einen Dichtkörper aus
Schaumstoff bewirkt. Diese bekannte Vorrichtung ist ebenfalls nicht
in der Lage, dynamische Bewegungstoleranzen zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und
dem Stirnwandblech auszugleichen, allein weil die Rückformungsgeschwindigkeit
des Dichtkörpers
aus Schaumstoff hierfür
nicht ausreichend groß ist.
Weiterhin
sind Vorrichtungen zur Abdichtung zwischen einem Lenkgetriebegehäuse und
einem Stirnwandblech bekannt, die nur aus einem glockenförmigen Formkörper aus
einem EPDM-Elastomerwerkstoff
zur Vormontage an dem Lenkgetriebegehäuse bestehen. Diese bekannte
Vorrichtung ist in Kraftfahrzeugen der Marke VW im Einsatz, Sie
ist bei der Hochzeit des Fahrwerks mit der Kraftfahrzeugkarosserie
automatisch montierbar. Aufgrund des verwendeten Elastomerwerkstoffs
ist sie zwar in dem Temperaturbereich bis zu 150 °C belastbar.
Sie ist aber aufgrund der Glockenform des Formkörpers nur in der Lage, Einbautoleranzen
zwischen dem Lenkgetriebegahäuse
und dem Stirnwandblech zu überbrücken, nicht
jedoch sich hierzu addierende dynamische Bewegungstoleranzen mit
einer Amplitude von einigen Millimetern und einer Frequenz von bis
zu 10 Hz, wie sie im praktischen Betrieb eines Kraftfahrzeugs zwischen
dem Lenkgetriebegehäuse
und dem Stirnwandblech auftreten, soweit keine zusätzliche Ausgleichsvorrichtung
vorgesehen ist. Zusätzlich
ist die Abdichtung gegenüber
Geräuschen,
d. h. Schall, bei der ausschließlich
aus EPDM bestehenden Vorrichtung deutlich schlechter als bei den
Vorrichtungen, die zu diesem Zweck einen Dichtkörper aus Schaumstoff aufweisen.
Aus
der
DE 198 57 389
A1 ist ein Faltenbalg bekannt, der als Dichtmanschette
für eine
Lenkspindel eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist. Um den Faltenbalg
in radialer Richtung eine besonders hohe Steifigkeit und Formstabilität zu verleihen,
weist der Faltenbalg außenseitig
auf Höhe
einer Scheitellinie der Kuppen seiner ringförmigen Faltungen eine umlaufende,
ringförmige
Verdickung auf, die radial von der Kuppe abragt.
AUFGABE
DER ERFINDUNG
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abdichtung
zwischen einem Lenkgetriebe und einem Stirnwandblech einer Kraftfahrzeugkarosserie
um eine Lenkzapfendurchführung
herum aufzuzeigen, die bei der Hochzeit zwischen dem Fahrwerk und
der Kraftfahrzeugkarosserie automatisch montierbar ist und die zugleich
in der Lage ist, sowohl dynamische Bewegungstoleranzen zwischen
dem Lenkgetriebegehäuse
und dem Stirnwandblech zu kompensieren, als auch erhöhte Temperaturen
bis zu 150 °C
zu tolerieren, ohne dass es zu einem Verlust der Abdichtung kommt.
LÖSUNG
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Abdichtung zwischen einem Lenkgetriebegehäuse und
einem Stirnwandblech einer Kraftfahrzeugkarosserie um eine Lenkzapfendurchführung herum
gelöst,
die die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs 1 aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen der neuen Vorrichtung
sind in den abhängigen
Patentansprüchen
2 bis 9 beschrieben.
BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
Bei
der neuen Vorrichtung zur Abdichtung zwischen einem Lenkgetriebegehäuse und
einem Stirnwandblech einer Kraftfahrzeugkarosserie weist der Abdichtmantel
einen aus Gummi ausgebildeten Falten- oder Wellenbereich mit mehreren
in der Richtung von dem Basiskörper
weg aufeinander folgenden Falten bzw. Wellen auf. Ein solcher Falten-
oder Wellenbalg mit vorzugsweise mindestens drei und noch mehr bevorzugt
mindestens vier Falten bzw. Wellen gewährleistet über einen großen axialen
Verformungsbereich des Abdichtmantels eine sichere Anlage des Abdichtmantels
an dem Stirnwandblech, und zwar sowohl bei statischen als auch bei
dynamischen Verformungen des Abdichtmantels. Für das dynamische Verhalten
des Abdichtmantels ist seine Ausbildung aus einem Gummi wichtig,
das generell elastischer ist als ein TPE ist und zugleich eine bessere
Temperaturbeständigkeit
aufweist. Aufgrund des Faltenbalgs aus Gummi ist es mit der neuen
Vorrichtung möglich,
den vollen Toleranzbereich aus Einbautoleranzen und Bewegungstoleranzen
zwischen dem Lenkgetriebegehäuse
und dem Stirnwandblech zu überbrücken, d.
h. über
den vollen Toleranzbereich die statische und dynamische Abdichtung
zwischen dem Lenkradgetriebegehäuse
und dem Stirnwandblech sicherzustellen. So kann hier auf eine zusätzliche
axiale Ausgleichsvorrichtung ebenso verzichtet werden wie auf eine
thermische Abschirmung der jetzt selbst temperaturbeständigen Vorrichtung.
Der
Falten- oder Wellenbereich des Abdichtmantels sollte neben der Mehrzahl
seiner Falten bzw. Wellen vorzugsweise eine Mindesterstreckung von dem
Basiskörper
zu dem freien Ende des Abdichtmantels hin aufweisen, die in seinem
unkomprimierten Zustand 20 mm beträgt.
Zusätzlich zu
dem Abdichtmantel und innerhalb desselben ist an den Basiskörper der
neuen Vorrichtung ein sich von dem Basiskörper weg erstreckender ringförmiger Dichtkörper aus einem Schaumstoff
angesetzt, dessen freies Ende ebenfalls zur Anlage an dem Stirnwandblech
vorgesehen ist.
Vorzugsweise
weist dieser Dichtkörper
eine unkomprimierte Erstreckung von dem Basiskörper zu seinem freien Ende
von mehr als 30 mm auf. Auch der Dichtkörper ist damit in dieser Richtung
ausreichend lang, um nicht nur Einbautoleranzen sondern auch Bewegungstoleranzen
zu überbrücken. Dabei ist
zu berücksichtigen,
dass sowohl der Abdichtmantel als auch der Dichtkörper bei
der Hochzeit zwischen dem Fahrwerk und der Kraftfahrzeugkarosserie
eine mittlere Komprimierung zu erfahren hat, die größer als
die Summe der in der Gegenrichtung auftretenden maximalen Einbau-
und Bewegungstoleranzen ist. Gleichzeitig müssen der Abdichtmantel und
der Dichtkörper
bezogen auf ihre mittlere Komprimierung eine zusätzliche Komprimierung zulassen,
die mindestens so groß wie
diese Summe der maximalen Einbau- und
Bewegungstoleranzen ist. Dies ist auch bei größeren Einbautoleranzen mit
einem Dichtkörper
realisierbar, der eine Erstreckung von mehr als 30 mm von dem Basiskörper weg
aufweist. Noch größere Erstreckungen
in dieser Rechnung sind sinnvoll, günstig ist beispielsweise eine
Erstreckung in dieser Richtung von mindestens 35 mm, wie beispielsweise
38 mm.
Es
versteht sich, dass auch der Abdichtmantel der neuen Vorrichtung
in der Richtung von dem Basiskörper
weg eine im Vergleichszustand der Technik außergewöhnlich große Erstreckung aufweist, um
den vollen Toleranzbereich abzudecken, d. h. über den vollen Toleranzbereich
die dynamische Abdichtung zwischen dem Lenkradgetriebegehäuse und
dem Stirnwandblech sicherzustellen, die von dem Dichtkörper bei
höheren
Frequenzen der dynamischen Bewegungstoleranzen nicht geleistet werden
kann.
Bei
einer derartigen Länge
des Abdichtmantels ist es sinnvoll, dass er beim Zusammenbau des Lenkgetriebegehäuses und
des Stirnwandblechs gegenüber
den dabei auftretenden seitlichen Kräften eine seitliche Führung erfährt. Diese
kann von dem innerhalb des Abdichtmantels angeordneten Dichtkörper bereitgestellt
werden. So weist der Dichtkörper
vorzugsweise eine Umfangsfläche
auf, die an den Innenumfang des Abdichtmantels angepasst ist. Insbesondere
kann der Dichtkörper
eine zylindermantelförmige
Umfangsfläche
aufweisen, die an einen rotationssymmetrisch ausgebildeten Abdichtmantel
angepasst ist.
Die
große
Länge des
Dichtkörpers
der neuen Vorrichtung von dem Lenkgetriebegehäuse zu dem Stirnwandblech hin
zeigt sich bei konkreten Ausführungsformen
der neuen Vorrichtung darin, dass der Dichtkörper eine unkomprimierte Erstreckung
von dem Basiskörper
bis zu seinem freien Ende hin aufweist, die größer als seine Wandstärke senkrecht dazu
ist. Im komprimierten Zustand kann der Dichtkörper einen etwa quadratischen
Querschnitt aufweisen, wobei seine Erstreckung von dem Basiskörper bis
zu seinem freien Ende und seine Wandstärke senkrecht dazu etwa gleich
groß sind.
Der
Dichtkörper
kann an seinem freien Ende eine spezielle Beschichtung, beispielsweise
in Form einer Folie, zur Anlage an dem Stirnwandblech aufweisen.
Bei dem Abdichtmantel ist es bevorzugt, wenn dieser an seinem freien
Ende einen verstärkten Anlagering
zur Anlage an dem Stirnwandblech aufweist, der verhindert, dass
der Abdichtmantel bei der Hochzeit zwischen dem Fahrwerk und der
Kraftfahrzeugkarosserie deformiert wird, insbesondere, dass sich
sein freies Ende umschlägt
und so die gewünschte
Abdichtung zu dem Stirnwandblech hin unmöglich gemacht wird.
Der
Außendurchmesser
des Anlagerings des Abdichtmantels kann sich von dem Basiskörper zu
dem freien Ende des Abdichtmantels hin vergrößern, um einem derartigen Umrollen
des freien Endes des Abdichtmantels zusätzlich entgegenzuwirken.
Noch
eine Maßnahme,
um das Umbiegen des freien Endes des Abdichtmantels zu verhindern ist
es, dass das freie Ende des Abdichtmantels nicht über das
freie Ende des Dichtkörpers
vorsteht, der Abdichtmantel also erst dann an dem Stirnwandblech zur
Anlage kommt, wenn der Dichtkörper
bereits an dem Stirnwandblech anliegt oder möglichst schon etwas komprimiert
ist und daher in der Lage ist, den Abdichtmantel über seine
ganze Länge
zwischen dem Lenkgetriebegehäuse
und dem Stirnwandblech zu führen.
Bei
besonders bevorzugten Ausführungsformen
der neuen Vorrichtung ist der Abdichtmantel aus einem EPDM ausgebildet,
dass eine hohe Temperaturstabilität in Bezug auf seine Elastizitätseigenschaften
aufweist, so dass die neue Vorrichtung auch bei Temperaturen bis
zu 150 °C
einsatzfähig
ist. Sie kommt damit ohne jegliche Kompensationsvorrichtungen zwischen
dem Lenkgetriebegehäuse
und dem Stirnwandblech aus. Sie ist selbst gegenüber hohen Temperaturen beständig und überbrückt alle potentiell
auftretenden Einbau- und Bewegungstoleranzen. Wenn eine Temperaturbeständigkeit
noch über
150 °C hinaus
erwünscht
ist, kann der Abdichtmantel auch aus einem hochtemperaturbeständigen Kautschuk,
wie beispielsweise einem Silikonkautschuk ausgebildet werden.
Der
Gummi, der den Abdichtmantel ausbildet, kann gleichzeitig auch eine
Dichtung zur Abdichtung zwischen dem Basiskörper und dem Lenkgetriebegehäuse ausbilden.
Eine entsprechende Vorrichtung wird dann dadurch hergestellt, dass
an einen Basiskörper,
der aus hartem Kunststoff oder Metall besteht, wobei Kunststoff
aus Kostengründen
bevorzugt ist, der Gummi zur Ausbildung des Abdichtmantels und der
Dichtung in einem Vulkanisierwerkzeug angespritzt wird. An die hieraus
resultierende geschlossene Baueinheit aus dem Abdichtmantel und dem
Dichtkörper
sowie der Dichtung wird dann der Dichtkörper innerhalb des Abdichtmantels
an den Basiskörper
angeklebt.
Der
Abdichtmantel mit dem Falten- oder Wellenbalg kann aber auch ebenso
wie der Dichtkörper zunächst separat
hergestellt und erst dann mit dem Basiskörper verbunden werden. Für die Verbindung des
Basiskörpers
mit dem Lenkgetriebegehäuse können an
dem Basiskörper
federnde Rastnasen vorgesehen sein, die bei der Vormontage automatisch
hinter Vorsprünge
an dem Lenkgetriebegehäuse
einrasten.
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und
der gesamten Beschreibung. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere
den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer
Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen.
Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche abweichend
von den gewählten
Rückbeziehungen
ist ebenfalls möglich
und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die
in separaten Zeichnungsfiguren dargestellt sind oder bei deren Beschreibung
genannt werden. Diese Merkmale können
auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden.
In 1 ist
eine Vorrichtung 1 in einem axialen Längsschnitt längs einer
Achse 2 eines Lenkzapfens 9 eines Lenkgetriebes
dargestellt, die zur Abdichtung zwischen einem Lenkgetriebegehäuse 3 des
Lenkgetriebes und einem Stirnwandblech 4 einer Kraftfahrzeug karosserie
um eine Lenkzapfendurchführung 15 für den Lenkzapfen 9 durch
das Stirnwandblech 4 vorgesehen ist. Dabei ist das Stirnwandblech 4 hier
rechts von der Achse 2 weggelassen, um die Vorrichtung 1 in
ihrem Grundzustand zu zeigen, in dem sie nicht zwischendem Lenkgetriebegehäuse 3 und
dem Stirnwandblech 4 komprimiert ist. Die Montage der Vorrichtung 1 erfolgt
nach ihrem Vormontieren auf dem Lenkgetriebegehäuse 3 automatisch
bei der Hochzeit zwischen dem Fahrwerk und der Kragfahrzeugkarosserie
des jeweiligen Kraftfahrzeugs, indem die Vorrichtung 1 zwischen
dem Lenkgetriebegehäuse 3 und
dem Stirnwandblech 4 zusammengedrückt und damit kraftschlüssig an
das Stirnwandblech 4 angebaut wird. Die Vorrichtung 1 baut
auf einem Basiskörper 5 aus
hartem Kunststoff auf. An den Basiskörper 5 ist ein Abdichtmantel 6 aus EPDM-Elastomerwerkstoff
anvulkanisiert und ein Dichtkörper 7 aus
Schaumstoff angeklebt. Sowohl der Abdichtmantel 6 als auch
der Dichtkörper 7 erstrecken
sich von dem Basiskörper 5,
der über
eine anvulkanisierte Dichtung 8 aus demselben EPDM-Material
wie der Abdichtmantel 6 an dem Lenkgetriebegehäuse 3 anliegt,
zu dem Stirnwandblech 4 hin. Der Dichtkörper 7 erstreckt sich
zylindermantelförmig
um die Achse 2 der Eingangswelle 9. Der Abdichtmantel 6 ist
außen
auf dem Dichtkörper 7 geführt und
ebenfalls rotationssymmetrisch zu der Achse 2 ausgebildet.
Der Abdichtmantel 6 weist einen Faltenbereich 6 mit
hier vier in der Richtung von dem Basiskörper 5 weg aufeinander
folgenden Falten auf, der eine elastische Komprimierung des Abdichtmantels 6 die
Richtung der Achse 2 bei hoher Rückstellgeschwindigkeit des
Abdichtmantels 6 erlaubt. Der Abdichtmantel 6 liegt
aufgrund seiner hohen axialen Elastizität auch dann durchgehend an dem
Stirnwandblech 4 an, wenn sich der Abstand des Stirnblechs 4 von
dem Lenkgetriebegehäuse 3 aufgrund
dynamischer Bewegungstoleranzen mit so hoher Frequenz ändert, dass
der Schaumstoff 7 aufgrund seiner geringeren Rückstellgeschwindigkeit vorübergehend
seinen Kontakt mit dem Stirnwandblech 4 einbüßt. Der
Dichtkörper 7 weist,
wie rechts von der Achse 2 dargestellt ist, in seinem unkomprimierten
Zustand eine Querschnittsfläche
auf, deren Erstreckung parallel zu der Achse 2 größer als
senkrecht dazu ist. Durch eine Komprimierung bei der Hochzeit zwischen
der Kraftfahrzeugkarosserie und dem Fahrwerk wird der Dichtkörper 7 soweit
zusammengedrückt,
dass eine Querschnittsfläche
etwa quadratisch ist, wie links von der Achse 2 dargestellt ist.
Dies entspricht einer typischen Verkürzung des Dichtkörpers 7 von
dem Basiskörper 5 bis
zu seinem freien Ende 11 von 38 auf 25 mm. Gleichzeitig
wird der Abdichtmantel 6 in seinem Faltenbereich 10 zusammengedrückt, der
eine typische unkomprimierte Länge
parallel zu der Achse 2 von mehr als 20 mm aufweist. An
dem freien Ende des Abdichtmantels 6 ist ein verstärkter Anlagering 12 zur
Anlage an dem Stirnwandblech 4 ausgebildet. Durch die hohe
Elastizität
des Abdichtmantels 6 bleibt der Anlagering 12 auch dann
in Kontakt mit dem Stirnwandblech 4, wenn dynamische Bewegungstoleranzen
zwischen dem Lenkgetriebegehäuse 3 und
dem Stirnwandblech 4 in höheren Frequenzbereichen von
typischerweise bis zu 10 Hz auftreten. Die Verstärkung des Anlagerings 12 stellt
sicher, dass bei der Hochzeit zwischen Fahrwerk und der Kraftfahrzeugkarosserie das
freie Ende des Abdichtmantels 6 nicht deformiert wird.
Einer Deformation des Abdichtmantels 6 wirkt dabei auch
dessen Führung
auf der Umfangsfläche 13 des
Dichtkörpers 7 entgegen.
Die Vorrichtung 1 ist insgesamt in der Lage, Einbau- und
Bewegungstoleranzen zwischen dem Lenkgetriebegehäuse 3 und dem Stirnwandblech 4 von
jeweils bis zu +/– 5
mm zu überbrücken, ohne
dass die Abdichtung zwischen dem Lenkgetriebegehäuse 3 und dem Stirnwandblech 4 gegenüber Schall,
flüssigen
Medien und Schmutz verloren geht.