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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Aufnahmenut zur Aufnahme eines
Dichtelementes gemäß der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 näher
beschriebenen Art.
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Stand der Technik
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Allgemein
bekannt sind Aufnahmenuten zur Aufnahme von Dichtelementen, welche
insbesondere als O-Ringe ausgeführt
sind. Die O-Ringe weisen im nicht eingebauten Zustand eine Ringform
auf, und bestehen aus einem Kunststoffmaterial oder einem Kautschuk.
Das Material selbst ist flexibel und kann abweichend von der Ringform
auch in andere beliebige Formen gebracht werden. Zur Abdichtung
eines Spaltes zwischen zwei Bauteiloberflächen wird der O-Ring in eine
Aufnahmenut eingesetzt, wobei der O-Ring eine größere Schnurdicke aufweist,
als die Aufnahmenut tief ist. Damit ragt der O-Ring teilweise aus
der Aufnahmeseite des Aufnahmekörpers
heraus, so dass bei Kontakt mit einem Gegenkörper der O-Ring gegen den Nutengrund
mit dem Gegenkörper verpresst
wird. Damit entsteht eine Dichtheit gegenüber thermischen oder flüssigen Fluiden,
wobei eine Seite des O-Rings
druckbeaufschlagt ist, und den O-Ring gegen eine der beiden Nutenwände drückt.
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Ferner
bekannt sind Aufnahmenuten zur selbsthaltenden Aufnahme eines Dichtelementes. Damit
ist gemeint, dass das Dichtelement in die Aufnahmenut einschnappen
muss, wofür
eine Einschnappkraft überwunden
werden muss. Der Querschnitt der Aufnahmenut ist trapezförmig ausgebildet,
und weist zwei sich gegenüberliegende
Nutenwände
auf, die jeweils eine Schrägung
umfassen. Die Schrägung
ist mit einem Schrägungswinkel
derartig ausgebildet, dass die Breite der Öffnung kleiner ist als die
Breite des Nutengrundes. Folglich entsteht ein doppelseitiger Hinterschnitt,
so dass der O-Ring elastisch verformt werden muss, um durch die Öffnung in
die sich aufweitende Hinterschneidung der Aufnahmenut gedrückt zu werden.
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In
den 1a und 1b sind
jeweilige Geometrien von verschiedenen Aufnahmenuten 1 gemäß dem Stand
der Technik gezeigt. In der 1a ist eine
Aufnahmenut 1 mit einem in dieser angeordneten Dichtelement 2 gezeigt,
wobei die Aufnahmenut zwei Nutenwände 7 und 8 umfasst,
welche jeweils eine Schrägung
umfassen. Deutlich zu erkennen ist die Klemmfunktion der Schrägungen zum
Halten des Dichtelementes 2. Die Schnurdicke (Durchmesser) des
Dichtelementes 2 ist größer als
die Öffnung 5,
so dass sich das Dichtelement 2 elastisch verformen muss,
um in die Aufnahmenut einzuschnappen. In der 1b ist
eine Aufnahmenut 1 gezeigt, bei der sowohl die erste Nutenwand 7 als
auch die zweite Nutenwand 8 ohne Schrägung ausgebildet ist. Damit weist
die Aufnahmenut 1 einen rechteckigen Querschnitt auf, so
dass keine Selbsthaltefunktion des Dichtelementes erreichbar ist.
Damit besteht nicht die Möglichkeit,
dass Dichtelement 2 im Aufnahmekörper 4 zu halten,
wohingegen in der 1a eine Haltefunktion des Dichtelementes 2 im
Aufnahmekörper 4 möglich ist.
Dieses ist insbesondere bei automatisierten Montagevorgängen vorteilhaft,
bei denen der Aufnahmekörper 4 auf
ein bereitgestelltes Dichtelement aufgesetzt wird und das Dichtelement 2 automatisch
in den Aufnahmekörper 4 einschnappt. Damit
kann das Dichtelement 2 mittels des Aufnahmekörpers 4 weiter
gehändelt
werden.
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Nachteilhaft
ist jedoch bei einer trapezförmigen
Querschnittskontur der Aufnahmenut 1, dass diese einen
erheblichen Bauraum einnimmt, welcher bei der Konstruktion von Aufnahmenuten
für Dichtelemente
häufig
nicht zur Verfügung
steht. Der Klemmeffekt wird in doppelter Form erzielt, da beide Nutenwände eine
Schrägung
aufweisen, und das Dichtelement, sowohl innenseitig als auch außenseitig,
formschlüssig
innerhalb der Aufnahmenut gehalten wird. Durch die Hinterschneidung
der Nutenwände öffnen sich
diese jedoch, so dass die Breite des Nutengrundes größer ist
als die Breite der Öffnung. Damit
nimmt die Aufnahmenut insgesamt mehr Bauraum ein, als bei einer
vergleichbaren Aufnahmenut mit einem rechteckförmigen Querschnitt.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufnahmenut
zur Aufnahme eines Dichtelementes zu schaffen, welche einen Selbsthalteeffekt
des Dichtelementes aufweist und einen kleinen Bauraum einnimmt.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Aufnahmenut zur Aufnahme eines
Dichtelementes gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass eine der Nutenwände eine die Aufnahmenut nach
innen in Richtung des Nutengrundes öffnende Schrägung aufweist,
um einen einseitigen Hinterschnitt zum Einschnappen des Dichtelementes
in die Aufnahmenut zu schaffen.
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Damit
wird der Vorteil erreicht, dass trotz eines Selbsthalteeffektes
des Dichtelementes in der erfindungsgemäßen Aufnahmenut die Aufnahmenut selbst
nur einen minimalen Bauraum einnimmt. Das Dichtelement kann im Durchmesser
so bemessen sein, dass dieser größer als
die Öffnung innerhalb der
Aufnahmeseite, so dass das Dichtelement mit einer Einschnappkraft
in die Aufnahmenut eingedrückt werden
kann. Folglich ist das Dichtelement selbsthaltend in der Aufnahmenut
eingebracht, obwohl eine der beiden Nutenwände eine zylinderförmige Mantelfläche bildet,
welche parallel zur Montagerichtung ausgebildet ist. Trotz der zumindest
halbseitig rechteckigen Querschnittsform der Aufnahmenut kann durch
eine zumindest durch ein halbes Trapez gebildete Aufnahmenut den
Selbsthalteffekt des Dichtelementes bewirkt. Auf vorteilhafte Weise
kann die zylinderförmige
Nutenwand parallel zur Montagerichtung einen gleichförmigen Übergang
in eine Wandung des Aufnahmekörpers
umfassen, so dass kein Hinterschnitt erforderlich ist, welcher den
Materialquerschnitt des Aufnahmekörpers zudem schwächt.
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Vorteilhafterweise
ist somit eine der Nutenwände
parallel zur Montagerichtung angeordnet. Die Aufnahmenut kann eine
ringförmige
Gestalt aufweisen, welche sich rotationssymmetrisch um die Montagerichtung
erstreckt. Die parallel zur Montagerichtung ausgerichtete Nutenwand
bildet damit entweder die Oberfläche
eines Innenzylinders oder eines Außenzylinders, in Abhängigkeit
von der Ausrichtung der Nutenwand mit der erfindungsgemäßen Schrägung. Die
Kontur der Nutenwand, welche die erfindungsgemäße Schrägung nicht umfasst, ist jedoch nicht
auf eine zylinderförmige
Gestalt begrenzt, sondern kann ebenfalls eine positive Schrägung aufweisen,
so dass die Wandung parallel zur Wandung mit der Schrägung verläuft, und
die Schrägungen
nicht gegeneinander gerichtet sind, sondern gleichförmig parallel
beabstandet zueinander verlaufen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Aufnahmenut
ist vorgesehen, dass das Dichtelement im eingeschnappten Zustand
innerhalb der Aufnahmenut zwischen der die Schrägung aufweisende Nutenwand und
dem Nutengrund gehalten ist. Damit bilden sich die Berührungspunkte
des Dichtelementes zwischen der Nutenwand und dem Nutengrund aus.
Die Mitte der jeweiligen Nutenwände
in Richtung der Nutentiefe muss eine Breite aufweisen, in die das
Dichtelement hinein passt. Üblicherweise
werden die Aufnahmenuten breiter ausgebildet, als die Schnurdicke
des Dichtelementes. Damit ist eine radiale Beweglichkeit des Dichtelementes
innerhalb der Aufnahmenut ermöglicht,
was eine vorteilhafte Ausgestaltung hinsichtlich einer einseitigen
Fluidbeaufschlagung und einer Quetschbewegung des Dichtelementes
in Richtung der dichtenden Wandung bewirkt.
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Vorteilhafterweise
weist der Übergang
der ersten und der zweiten Nutenwand zum Nutengrund eine Radiuskontur
auf. Eine Radiuskontur zwischen den Nutenwänden und dem Nutengrund ist
aus fertigungstechnischen Gründen
von Vorteil, wobei zusätzlich
eine Krümmung
des Dichtelementes auf den Radius selbst begrenzet ist, so dass
das Dichtelement nicht in einen zu kleinen Spalt hinein gequetscht
wird.
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Ferner
ist es von Vorteil, dass der Übergang zwischen
der ersten und/oder zweiten Nutenwand zur Aufnahmeseite innerhalb
des Aufnahmekörpers eine
Kantenverrundung umfasst. Die Kantenverrundung befindet sich insbesondere
zwischen der Nutenwand, welche die Schrägung umfasst, und der Aufnahmeseite.
Die sich bildende Kante hat einen Keilwinkel von < 90°, so dass
eine Kantenverrundung insbesondere deshalb notwendig ist, um das
Dichtelement beim Fügen
in die Aufnahmenut nicht zu beschädigen. Daher wird für die Kantenverrundung
ein vergleichsweise großer
Radius gewählt,
um eine Scharfkantigkeit zu vermeiden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass die die Schrägung umfassende Nutenwand die
radial außenseitige
zweite Nutenwand ist, wobei das Dichtelement im nicht eingeschnappten
Zustand einen Außendurchmesser
aufweist, der größer ist
als der sich bildende innere Radiuskonturdurchmesser an der Kantenverrundung,
um das Einschnappen des Dichtelementes zu schaffen. Die Durchmesserdifferenz zwischen
dem Außendurchmesser
des Dichtelementes und dem Radiuskonturdurchmesser kann klein gewählt werden,
und nur einen Bruchteil der Schnurdicke des Dichtelementes umfassen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die die Schrägung umfassende Nutenwand ebenso
die radial innenseitige erste Nutenwand sein kann, wobei das Dichtelement
im nicht eingeschnappten Zustand einen Innendurchmesser aufweist,
der kleiner ist als der sich bildende äußere Radiuskonturdurchmesser
an der Kantenverrundung, um auch damit das Einschnappen des Dichtelementes
zu schaffen. Damit sind zwei Alternativen aufgezeigt, die einen
Einschnappeffekt des Dichtelementes sowohl über die radial innenseitige
als auch über
die radial außenseitige
Nutenwand mit einer entsprechenden hinterschneidenden Schrägung ermöglicht.
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In
einem gewöhnlichen
Einbaufall eines Dichtelementes und der zugeordneten Anordnung der
Aufnahmenut ist vorgesehen, dass der Aufnahmekörper mit der Aufnahmeseite
an einen gegenüberliegenden
Gegenkörper
angrenzt, zwischen denen sich der zu dichtende Spalt ausbildet.
Dieser sich zwischen der Aufnahmenut und dem Gegenkörper bildende
Spalt wird dabei mittels des in die Aufnahmenut eingebrachten Dichtelementes
fluidisch abgedichtet. Das Dichtelement wird zwischen dem Gegenkörper und
dem Aufnahmekörper
verpresst, da das Dichtelement eine Schnurdicke aufweist, die größer ist
als die Tiefe der Aufnahmenut. Damit ragt das Dichtelement zumindest
teilweise aus der Aufnahmeseite des Aufnahmekörpers heraus, so dass bei der
Anlage des Gegenkörpers
das Dichtelement leicht gestaucht wird.
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Die
Schnurdicke eines gewöhnlichen
Dichtelementes ist zumeist geringer als die Breite der Aufnahmenut
in radialer Richtung, so dass sich innenseitig angrenzend an das
Dichtelement innerhalb der Aufnahmenut ein Druckraum bildet, welcher
das Dichtelement aus der radial innenseitigen Richtung gegen die
die Schrägung
aufweisende Nutenwand druckbeaufschlagt. Dies erfolgt durch eine
Druckbeaufschlagung des Druckraums mit dem zu dichtenden Fluid,
so dass das Dichtelement gegen eine dem Druckraum gegenüberliegende
Wandung gedrückt wird,
um die erforderliche Dichtwirkung zu erzielen. Dies erfolgt insbesondere
durch eine Querkontraktion des Dichtelementes, so dass die Flächenpressung
zwischen dem Dichtelement und dem Aufnahmekörper bzw. dem Gegenkörper bei
einem höheren Druck
im Druckraum ebenfalls erhöht
wird. Bei einer radial außenseitigen
fluidischen Abdichtung liegt der Druckraum auf der Außenseite
des Dichtelementes, und das Dichtelement wird mit einem Innendruck
beaufschlagt, und gegen die entsprechende Nutenwand nach außen gepresst.
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Gemäß eines
besonders vorteilhaften Einsatzes der erfindungsgemäßen Aufnahmenut
ist der Aufnahmekörper
ein Zylinderkopf und der Gegenkörper
ein Pumpenkörper
einer Hochdruckpumpe, welche zur Förderung von Kraftstoff für Dieseleinspritzsysteme
einsetzbar ist. Innerhalb der Zylinderkopfes einer Hochdruckpumpe
befindet sich eine Stößelanordnung
sowie eine Ventilanordnung, wobei in die Stößelanordnung eine Hubbewegung
eingeleitet wird, welche mittels eines Nockentriebs innerhalb des
Pumpenkörpers
in die Stößeleinrichtung
eingeleitet wird. Dabei muss ein Kraftstoffdruck innerhalb des Pumpenkörpers gegen
den Zylinderkopf abgedichtet werden, welcher regulär etwa 2...
100 bar beträgt.
Insbesondere bei Hochdruckpumpen für Common-Rail-Dieseleinspritzsysteme
herrschen sehr hohe Betriebsdrücke,
wobei auch auf der Niederdruckseite noch Drücke bis 100 bar vorherrschen können. Diese
müssen
zwischen dem Zylinderkopf und dem Pumpenkörper abgedichtet werden, wobei für die Anordnung
einer Aufnahmenut mit einem zugeordneten Dichtelement nur wenig
Bauraum zur Verfügung
steht. Daher ist eine erfindungsgemäße Aufnahmenut für das Dichtelement
mit einem geringen Bauraumbedarf für den hier aufgezeigten Anwendungsfall
besonders vorteilhaft.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Ausführungsbeispiel
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Es
zeigt:
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1 eine Aufnahmenut mit einem trapezförmigen Querschnitt
gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
rechteckige Aufnahmenut gemäß dem Stand
der Technik;
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3 eine
quergeschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Aufnahmenut, welche in
einen Aufnahmekörper
eingebracht ist; und
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3 eine
erfindungsgemäße Aufnahmenut innerhalb
des Aufnahmekörpers,
welcher als Zylinderkopf einer Hochdruckpumpe zur Förderung
von Kraftstoff für
Dieseleinspritzsysteme einsetzbar ist.
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Die
in 2 gezeigte Aufnahmenut 1 ist innerhalb
eines Aufnahmekörpers 4 eingebracht,
wobei diese eine Öffnung 5 innerhalb
der Aufnahmeseite 3 des Aufnahmekörpers 4 bildet. In
die Öffnung 5 ist
ein Dichtelement 2 eingesetzt, welches durch die erfindungsgemäße Kontur
der Aufnahmenut 1 gehalten wird.
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Die
erfindungsgemäße Aufnahmenut 1 im Aufnahmekörper 4 ist
begrenzt durch eine erste Nutenwand 7, eine zweite Nutenwand 8 sowie
ein Nutengrund 9. Der Nutengrund 9 steht dabei
der Öffnung 5 gegenüber. Die
Ausrichtung des Nutengrundes 9 erfolgt parallel zur Öffnung 5 innerhalb
der Ebene der Aufnahmeseite 3. Hingegen weist die zweite Nutenwand 8 eine
Schrägung
gegenüber
der ersten Nutenwand 7 auf, welche parallel zur Montagerichtung 6 des
Dichtelementes 2 verläuft,
wobei die Montagerichtung 6 mittels eines Pfeils dargestellt
ist. Die Schrägung
der zweiten Nutenwand 8 ist derart ausgerichtet, dass die
Breite des Nutengrundes 9 größer ist als die Breite der Öffnung 5.
Damit bildet sich durch die Schrägung
in der zweiten Nutenwand 8 ein Hinterschnitt, welcher zum
Selbsthalteeffekt des Dichtelementes 2 innerhalb der Aufnahmenut 1 führt. Zwischen
der Aufnahmeseite 3 und der zweiten Nutenwand 8 ist
eine Kantenverrundung 11 in Form eines Radius dargestellt,
um das Dichtelement 2 beim Fügen in die Aufnahmenut 1 nicht
zu beschädigen. Die
Kantenverrundung 11 weist dabei einen Radiuskonturdurchmesser 12 auf,
welcher kleiner ist als der Außendurchmesser
des Dichtelementes 2 im losen Zustand. Daher muss der kleinere
Radiuskonturdurchmesser 12 zunächst überwunden werden, was durch
eine Stauchung des Dichtelementes 2 ermöglicht ist. Schnappt das Dichtelement 2 in
die Aufnahmenut 1 hinein, so kann sich dieses wieder leicht
entspannen, wodurch der Durchmesser des Dichtelementes wieder zunimmt.
Damit ist eine sichere Halterung des Dichtelementes 2 innerhalb
der Aufnahmenut 1 gewährleistet.
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Ferner
ist das Dichtelement 2 in einem eingebauten Zustand dargestellt,
wobei angrenzend an den Aufnahmekörper 4 ein Gegenkörper 13 dargestellt
ist. Der Durchmesser des Dichtelementes 2 ist größer als
die Tiefe der Aufnahmenut 1, welche durch den Abstand des
Nutengrundes 9 zur Aufnahmeseite 3 beschreibbar
ist. Folglich wird das Dichtelement 2 durch den angrenzenden
Gegenkörper 13 leicht
gestaucht, was zu einer Erhöhung
der Dichtwirkung beiträgt.
Angrenzend an das Dichtelement 2 bildet sich ein Druckraum 14 aus,
welcher mit dem abzudichtenden Fluid gefüllt ist. Steht nunmehr der
Druckraum 14 unter einem Fluiddruck (beispielsweise 2...
100 bar), so wird das Dichtelement 2 in Richtung zur zweiten Nutenwand 8 gedrückt, und
es entsteht eine Dichtwirkung zwischen dem Dichtelement 2 und
dem Gegenkörper 13.
Folglich ist der Druckraum 14 gegenüber der Außenseite zwischen dem Aufnahmekörper 4 und
dem Gegenkörper 13 abgedichtet.
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3 zeigt
eine mögliche
vorteilhafte Einsatzform der erfindungsgemäßen Aufnahmenut am Beispiel
eines Zylinderkopfes einer Hochdruckpumpe, welche zur Förderung
von Kraftstoff für
Dieseleinspritzsysteme einsetzbar ist. Dargestellt ist ein Zylinderkopf,
welcher den Aufnahmekörper 4 bildet.
Die Aufnahmenut 1 ist in der Aufnahmeseite 3 eingebracht,
und erstreckt sich rotationssymmetrisch um die Montagerichtung 6.
Innerhalb des Zylinderkopfes ist eine – nicht näher dargestellte – Ventileinheit
sowie eine Stößeleinheit
eingebracht, welche zur Förderung
des Kraftstoffes auf einen gewünschten Hochdruck
dienen. Auf der Unterseite weist der Zylinderkopf eine schaftförmige Struktur
auf, bei welcher ein Kraftstoffdruck von 2... 100 bar herrscht.
Wird der Zylinderkopf auf den Pumpenkörper der Hochdruckpumpe aufgesetzt,
so wird in die Aufnahmenut 1 ein Dichtelement eingebracht,
um den Spalt zwischen dem – nicht
dargestellten – Pumpenkörper und
dem Zylinderkopf abzudichten. Es ist deutlich sichtbar, dass der
erforderliche Bauraum der erfindungsgemäßen Aufnahmenut 1 kleiner
ist als dieser bei einer trapezförmigen
Aufnahmenut 1 wäre.
Innenseitig erfordert die Aufnahmenut 1 keine Hinterschneidung,
da die erste Nutenwand 7 zylindrisch mit der sich nach unten
erstreckenden zylinderförmigen
oder hülsenförmigen Kontur
fortsetzt. Eine Schrägung
weist lediglich die zweite Nutenwand 8 auf, um die Hinterschneidung
zum Einschnappen des Dichtelementes zu bilden.
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Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch
bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht. Die erfindungsgemäße Aufnahmenut ist nicht auf
eine rotationssymmetrische Gestalt begrenzt, welche sich um eine Montagerichtung
herum erstreckt. Auch eine offene Kontur, welche keine Kreis- oder
Ringkontur ist, kann erfindungsgemäß so ausgestaltet werden, dass
nur eine der beiden Nutenwände
die erfindungsgemäße Schrägung umfasst.