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Die
Erfindung betrifft ein Einsatzstück,
insbesondere eine Ventilpatrone oder eine Verschlussschraube gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein hydraulisches
Gerät mit
einer in dessen Gehäuse
vorgesehenen Bohrung und einem darin eingesetzten Einsatzstück.
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Dem
Fachmann sind hydraulische Ventilpatronen sowie Verschlussschrauben,
die in entsprechend gestaltete Bohrungen von hydraulischen Geräten – beispielsweise
Steuerblöcke – eingesetzt werden,
bekannt. Einschraubbohrungen sind zum Beispiel in der Norm ISO7789
angegeben. An einer Ventilpatrone oder Verschlussschraube zum Einsetzten
in die Bohrung ist eine Ringnut zur Aufnahme eines Dichtrings vorgesehen.
Dadurch wird die Bohrung gegenüber
der Geräteaußenseite
abgedichtet.
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Ein
Beispiel für
eine in solcher Weise abgedichtete Bohrung ist in der US-A-6,045,166
beschrieben. Ein Anschlussstück
ist in die Bohrung eingeschraubt. Zwischen einem oberen und einem
unteren Abschnitt des Anschlussstückes ist eine Ringnut gebildet,
in die ein O-Ring eingesetzt ist. Der O-Ring liegt außerdem an
einer angeschrägten
Innenumfangsfläche
der Bohrung an und dichtet zwischen Bohrung und Anschlussstück radial
ab.
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Eine
auf diese Weise gebildete Dichtkammer zwischen Bohrung und einem
Einsatzstück
ist in 5 näher dargestellt.
Die Dichtkammer wird durch das Gehäuse 12 in dem die
Bohrung angebracht ist, durch eine angeschrägte Innenumfangsfläche 14 der Bohrung
und durch eine Ringnut 18 im Einsatzstück 16 gebildet. Zwischen
dem Dichtring 10 und der Kante, an der die Schräge 14 auf
den flanschartigen oberen Abschnitt 16 des Einsatzstücks trifft,
verbleibt ein luftgefüllter
Raum 20 in einem der Druckseite abgewandten Bereich.
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Nachteilig
an einer derartigen Dichtungsanordnung ist, dass der Dichtring bei
einem häufigen Wechsel
der Druckbelastung stark verschleißt. Somit ist diese Dichtungsan ordnung
für den
Einsatz in Hydraulikgeräten,
die einem häufigen
Druckwechsel ausgesetzt sind, z.B. Hydrosteuerblöcke, Ventilpatronen, etc.,
wenig geeignet. Der starke Verschleiß der Dichtringe erfordert
zudem häufige
Wartungsarbeiten.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Einsatzstück sowie
ein verbessertes hydraulisches Gerät anzugeben, die insbesondere
eine zuverlässige,
verschleißarme
Dichtungsanordnung aufweisen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Einsatzstück
mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 und ein hydraulisches Gerät mit den
Merkmalen des Patentanspruch 8 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ein Einsatzstück mit einem oberen flansch-artig
ausgebildeten Abschnitt und einem unteren, von dem Flansch axial vorstehenden
Abschnitt vor. An einer Übergangstelle zwischen
dem Flansch und dem unterem Abschnitt befindet sich eine Ringnut,
die im unteren Abschnitt gebildet ist. Der Flansch weist eine axial
zur Nut hin offene Ausnehmung auf, deren Profilform an eine Querschnittsform
des Dichtrings angepasst ist und die den Dichtring zusammen mit
der Ringnut aufnimmt.
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Des
Weiteren ist nach vorliegender Erfindung gemäß Patentanspruch 8 ein hydraulisches Gerät mit einer
Gehäusebohrung
vorgesehen, in die ein solches Einsatzstück eingesetzt ist.
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Erfindungsgemäß ist für den Dichtring
an der flanschseitigen Begrenzung der Dichtkammer eine Aufnahmefläche vorgesehen,
an der der Dichtring formschlüssig
anliegt. Dadurch wird zum Einen ein Verformen des Dichtrings bei
Druckwechsel stark verringert. Zum Anderen kann die Ausbildung eines luftgefüllten, durch
den Dichtring abgeschlossenen Volumens in einem der Druckseite abgewandten
Bereich verhindert werden. Somit ist der Dichtring insbesondere
bei Druckwechsel deutlich geringeren mechanischen und thermischen
Belastungen ausgesetzt als bei herkömmlichen Einsatzstücken. Daher weist
das erfindungsgemäße Einsatzstück bzw.
das hydraulische Gerät
eine höhere
Zuverlässigkeit
auf und erfordert geringeren Wartungsaufwand.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
besitzt der Dichtring eine kreisförmige Querschnittsform (O-Ring)
und die Ausnehmung eine kreissegmentförmige Querschnittsform mit
im wesentlichen gleichem Radius. So lässt sich auf einfache Weise
eine Anlagefläche für die formschlüssige Anlage
des Dichtrings angeben. Zudem ist unter Verwendung eines O-Rings eine
kostengünstige
Dichtanordnung realisiert.
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Vorzugsweise
ist die Tiefe der Ausnehmung geringer als der Radius der kreissegmentförmigen Ausnehmung.
Dadurch steht der Dichtung so aus der Ausnehmung vor, dass gegenüber einer
angeschrägten
Innenumfangsfläche
einer Bohrung eine radiale Vorspannung des Dichtring erzielt wird.
Auf diese Weise hat der Dichtring eine zuverlässige, durch die Druckbeaufschlagung
unterstützte
Dichtwirkung.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung schließt die Ausnehmung
mit der Innenumfangsfläche
der Bohrung, in der sich das Einsatzstück befindet, an der Übergangskante
einen Winkel zwischen 100° und
170°, vorzugsweise
150° bis
160° ein.
Der stumpfe Übergangswinkel
verhindert, dass zwischen Dichtring, Flansch und der Innenumfangsfläche ein
abgeschlossenes Luftvolumen in einem druckabgewandten Bereich verbleibt. Zudem
wird eine radiale Vorspannung des Dichtrings erzielt.
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Nachfolgend
werden die vorliegende Erfindung und deren Vorteile unter Bezugnahme
auf das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Ventilpatrone in einer dafür
vorgesehenen Gehäusebohrung
eines hydraulischen Geräts,
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2 ein
Detailausschnitt „Y" der Ventilpatrone
aus 1 in vergrößerter Darstellung,
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3 eine
schematische Darstellung der zwischen Ventilpatrone und Gehäusebohrung
gebildeten Dichtkammer,
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4 eine
schematische Darstellung einer Dichtkammer bei Verwendung eines
R-Rings, und
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5 eine
durch herkömmliche
Einsatzstücke
gebildete Dichtkammer.
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In
der 1 ist eine Ventilpatrone 30 als Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes Einsatzstück gezeigt.
Die Ventilpatrone 30 ist in einem Gehäuse 50 in eine darin
vorgesehene Bohrung 52 eingesetzt.
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Die
Ventilpatrone 30 besitzt einen oberen flanschartig ausgebildeten
Abschnitt 32, der bei eingesetzter Ventilpatrone 30 größtenteils
von dem Gehäuse 50 vorsteht,
sowie einen unteren Abschnitt 34, der in die Gehäusebohrung 52 hineinragt.
Der untere Abschnitt 34 der Ventilpatrone 30 ist
mit einer Nut 36 sowie diversen Bohrungen 37, 38 versehen,
um die Ventilfunktionalität
zu erzielen. Ein Gewindeabschnitt 39 des unteren Abschnitts 34 greift
in ein Gewinde 54 in der Gehäusebohrung 52 ein,
um die Ventilpatrone 30 zu befestigen.
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Der
Flanschabschnitt 32 weist einen größeren Außendurchmesser auf als der
in die Gehäusebohrung 52 ragende
untere Abschnitt 34. Der Flansch 32 sitzt mit
seiner dem unteren Abschnitt 34 zugewandten Fläche 40 auf
einer eingesenkten Anlagefläche 56 der
Gehäuseoberseite
auf. Auf der Umfangsfläche
des Flanschs sind Schlüsselflächen 41 angeordnet.
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Für die Aufnahme
eines Dichtrings ist an der Übergangsstelle
zwischen dem unteren Abschnitt 34 und dem Flansch 32 im
unteren Abschnitt eine Ringnut 35 gebildet. Die Ringnut
weist einen ebenen Nutgrund auf. In axialer Richtung ist die Ringnut
einerseits durch den Gewindeabschnitt 39 begrenzt. Des Weiteren
geht die Ringnut flanschseitig in eine im Flanschabschnitt 32 gebildete
Ausnehmung 42 über.
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In 2 ist
der Bereich der Ventilpatrone 30 um die Ausnehmung 42 nochmals
vergrößert dargestellt.
Die Ausnehmung 42 ist in der dem unteren Abschnitt zugewandten
Fläche 40 des
Flansches 32 in Form eines Kreissegments eingearbeitet.
Entlang der Achsrichtung der Ventilpatrone 30 geht der
Nutgrund ansatzlos und knickfrei in die Innenfläche der Ausnehmung 42 über. Der
Radius der kreissegmentförmigen
Ausnehmung 42 entspricht dem Querschnittsradius eines O-Rings 10,
der als Dichtring in die Ringnut 35 eingelegt ist (siehe 3).
Die Tiefe der Ausnehmung 42 ist geringer als der Radius
des O-Rings 10 bzw. des kreissegmentförmigen Ausnehmungsquerschnitts.
Somit weist die Innenfläche
der Ausnehmung 42 an der radial äußeren Kante der Ausnehmung 42 einen
spitzen, von Null verschiedenen Winkel α gegenüber der Achse der Ventilpatrone 30 auf.
In der dargestellten Ausführung
beträgt
der Winkel α etwa
10° bis
15°. Je
nach Tiefe der Ausnehmung 42 ergeben sich entsprechend
andere Werte für
den Winkel α.
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Die
Gehäusebohrung 52 weist
an ihrer Mündung,
zwischen der Einsatzstück-Anlagefläche 56 und
dem Gewinde 54, eine angeschrägte Innenumfangsfläche 58 auf.
Die Fläche 58 dient
als Anlagefläche
für den
in die Ringnut 35 eingelegten Dichtring 10.
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Die 3 zeigt
schematisch einen Schnitt der zwischen dem Flansch 32,
dem unteren Abschnitt 34 und dem Gehäuse 50 gebildeten
Dichtkammer. In die Ringnut 35 ist der O-Ring 10 eingelegt.
Der O-Ring 10 wird von der Ausnehmung 42 teilweise
aufgenommen. Genauer gesagt liegt der O-Ring 10 mit seinem
dem Flansch 32 zugewandten Abschnitt formschlüssig in
der Ausnehmung 42 an. In Richtung des unteren Ventilabschnitts 34 verengt
die angeschrägte
Innenumfangsfläche 58 der
Bohrung 52 die Dichtkammer. Dadurch wird eine Vorspannung des
O-Rings 10 in radialer Richtung erzielt. Bei Druckbeaufschlagung
aus Richtung des unteren Abschnitts 34 unterstützt die
Druckbeaufschlagung die Dichtwirkung der Dichtanordnung aus Dichtkammer und
O-Ring 10.
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Die
radial äußere Kante
der Ausnehmung 42 kommt mit der radial äußeren Kante der Innenumfangsfläche 58 der
Mündung
zur Deckung. Der Übergang
zwischen der Innenumfangsfläche 58 und
der Ausnehmung 42 ist stufenlos. Der Übergangswinkel zwischen der
Innenumfangsfläche 58 und
der Ausnehmung 42 beträgt
zwischen 150° und
160°.
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Der
stumpfe Übergangswinkel
und die formschlüssige
Anlage des O-Rings 10 in der Ausnehmung 42 verhindern,
dass zwischen O-Ring 10, dem Flansch 32 und der
Innenumfangsfläche 58 ein
abgeschlossenes Luftvolumen in einem der Druckseite abgewandten
Bereich verbleibt, dass im Hydraulikbetrieb bei jedem Druckwechsel
komprimiert bzw. dekomprimiert wird und dadurch den O-Ring thermisch und
mechanisch verschleißt.
Zudem findet eine Verformung des O-Rings 10 nur noch im
Rahmen der Kompressibilität
des O-Ring-Materials statt, da der O-Ring auf der druckabgewandten
Seite vollständig durch
Anlageflächen,
insbesondere durch die Ausnehmung 42 gestützt ist.
Somit ist diese Dichtungsanordnung äußert verschleißarm und
zuverlässig.
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Obwohl
im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Übergangswinkel
zwischen 150° und
160° vorgesehen
ist, kann ein Winkel zwischen 100° und
170° zweckdienlich
sein. Durch Verkleinerung des Übergangswinkels
lässt sich
die auf den O-Ring 10 wirkende Vorspannung und die Anlagefläche des O-Rings 10 an
der Innenumfangsfläche 58 erhöhen.
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Wie
schon erwähnt,
ist die Tiefe der Ausnehmung 42 geringer gewählt als
der Radius des O-Rings 10 bzw. der Radius der Kreissegmentquerschnittsform
der Ausnehmung 42. Dadurch lässt sich auch bei einem großen Übergangswinkel
zwischen der Innenumfangsfläche 58 und
der Ausnehmung 42 – zum
Beispiel 150° bis
170° – eine ausreichende Vorspannung
des O-Rings 10 erzielen. Durch die Variation der Tiefe
der Ausnehmung 42 lässt
sich sowohl die Vorspannung als auch die Anlagefläche des O-Rings 10 an
der Innenumfangsfläche 58 einstellen.
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Eine
Variation hinsichtlich der Form des Dichtrings und des Einsatzstücks wird
im Folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben.
Der untere Abschnitt 34 des Einsatzstücks mit der Ringnut 35 entspricht
dem zuvor beschriebenen unteren Abschnitt 34. Auch das
Gehäuse 50 mit
der an der Mündung vorgesehenen
angeschrägten
Innenumfangsfläche 58 entspricht
der bisher beschriebenen Ausgestaltung.
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Anstatt
dem O-Ring 10 wird in der in 4 abgebildeten
Ausgestaltung ein R-Ring 70 mit einer rechteckigen Querschnittsform
verwendet. Der Flanschabschnitt 60 des Einsatzstücks ist
mit einer Ausnehmung 62 mit rechteckiger Querschnittsform
versehen. Die Innenkanten der Ausnehmung 62 sind abgerundet.
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Der
R-Ring 70 wird auf der druckabgewandten Seite vollständig durch
Anlageflächen,
insbesondere durch die Ausnehmung 62 gestützt. Der
stumpfwinklige Übergang
zwischen Ausnehmung 62 und der Innenumfangsfläche 58 verhindert
in der schon beschriebenen Weise die Ausbildung eines abgeschossenen
Luftvolumens in einem druckabgewandten Bereich. Dadurch erzielt
die vorliegende Erfindung eine hohe Zuverlässigkeit und einen geringer Verschleiß dieser
Dichtungsanordnung.
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In
den bisher beschriebenen Ausbildungen wurde die vorliegenden Erfindung
anhand einer Ventilpatrone erläutert.
Die vorliegende Erfindung ist in gleicher Weise auch auf eine Verschlussschraube, zum
Verschließen
einer Gehäusebohrung,
anwendbar. Auch eine Dichtungsanordnung eines Schraubanschlusses
lässt sich
in vorteilhafter Weise. gemäß der vorliegenden
Erfindung ausführen.
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- 10
- Dichtring
- 12
- Gehäuse
- 14
- Innenumfangsfläche
- 16
- Einsatzstück
- 18
- Ringnut
- 20
- Leerraum
- 30
- Ventilpatrone
- 32
- Flansch
- 34
- unterer
Abschnitt der Ventilpatrone
- 35
- Ringnut
- 36
- Nut
- 37
- Bohrung
- 38
- Bohrung
- 39
- Gewindeabschnitt
- 40
- untere
Flanschfläche
- 41
- Schlüsselfläche
- 42
- Ausnehmung
- 50
- Gehäuse
- 52
- Gehäusebohrung
- 54
- Gewinde
- 56
- Anlagefläche
- 58
- angeschrägte Innenumfangsfläche
- 60
- Flanschabschnitt
- 62
- Ausnehmung
- 70
- R-Ring