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Die
Erfindung betrifft ein Dichtelement zur Abdichtung eines Kolbens
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Dichtelemente
zur Abdichtung eines Kolbens, der in einem Druckraum, z. B. einem
Zylinder axial verschiebbar ist, sind bekannt. Insbesondere bei
Schaltkolben, wie sie in Automatgetrieben zur Aufbringung von Schaltkräften
auf Lamellenpakete verwendet werden, ist eine sorgfältige
Gestaltung der Kolbenabdichtungen vorzunehmen. Die Schaltkolben
können einfach oder doppelseitig durch das Druckmedium
beaufschlagt sein. Es ist bekannt, für die Abdichtung von
hin- und hergehenden runden Bauteilen, also beispielsweise druckölbeaufschlagte Schaltkolben
für Kupplungen und Bremsen von Automatgetrieben O-Ringe,
X-Ringe oder so genannte Nutringe aus einem Elastomer zu verwenden
(vgl. H. Naunheimer, B. Bertsche, G. Lechner: Fahrzeuggetriebe,
2. Aufl., 2007, S. 470). Die O- und X-Ringe werden in einer
Ringnut eines Bauteiles gehalten, z. B. in einer Ringnut des Kolbens
und bei der Montage im Zylinder verformt. Für die Schaltqualität
ist es wichtig, dass die Reibung zwischen dem Dichtelement und der
Wandung des Druckraumes bzw. des Zylinders möglichst gering
und gleichmäßig über den gesamten Kolbenweg
ist. Insbesondere bei doppelt wirkenden Kolben wirkt sich der Einfluss
der Reibkraft (Gleit- und Haftreibung) sehr negativ aus. Die Verwendung
von Dichtelementen aus einem Elastomer lässt keine weitere
Reduzierung der Reibwerte und damit auch keine weitere Verbesserung
der Schaltqualität zu.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dichtelement der
eingangs genannten Art insbesondere hinsichtlich seines Reibverhaltens
zu verbessern, um dadurch auch eine bessere Schaltqualität
zu erreichen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass das Dichtelement aus einem Thermoplast, insbesondere einem
PVDF (Polyvinylidenfluorid) hergestellt ist. Der Vorteil der erfindungsgemäßen
Thermoplast-Dichtung besteht in einem verbesserten Reibverhalten, einer
geringeren Empfindlichkeit gegenüber Temperatureinflüssen
und in einer besseren Formstabilität im Betrieb. Auch unter
schlechten Schmierbedingungen und Oberflächenbeschaffenheiten
der Gleitfläche weist die Thermoplast-Dichtung ein sehr
gutes Gleitreibverhalten, verbunden mit einem geringen Abrieb und
Verschleiß, auf.
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Besonders
vorteilhaft ist es, für das Dichtelement eine Weiterentwicklung
von PTFE (Polytetraflorethylen), bekannt unter dem Handelsnamen
Moldflon, zu verwenden. Moldflon hat gegenüber PTFE, welches
auch unter dem Handelsnamen Teflon bekannt ist, den Vorteil, dass
es schmelzverarbeitbar ist und somit beliebige Formen wirtschaftlich
herstellbar sind. Gleichzeitig weist Moldflon die hervorragenden Gleiteigenschaften
von PTFE auf.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Dichtelement eine Doppellippe
auf, welche zur Anlage an der Gleitfläche des Druckraumes
kommt. Damit wird der Vorteil einer wirksamen Abdichtung auf beiden
Seiten des Kolbens erreicht, wobei jeweils eine Dichtlippe durch
den herrschenden Betriebsdruck gegen die Gleitfläche gedrückt
wird.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Dichtelement
Haltemittel zur Fixierung am Kolben auf. Über diese Haltemittel
kann eine form- und/oder reibschlüssige Verbindung mit
dem Kolben erreicht werden, sodass keine zusätzlichen Befestigungsmittel
notwendig sind.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Doppellippe mit den Haltemitteln über
einen radial verlaufenden Steg verbunden. Durch den Steg in Verbindung
mit der Doppellippe wird ein etwa T-förmiges Profil gebildet,
sodass die der Gleitfläche abgewandten Seiten der Dichtlippen
mit dem Druckmedium beaufschlagt werden. Dies verbessert – wie oben
erwähnt – die Dichtkraft.
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In
weiterer Ausgestaltung sind die Haltemittel gleichzeitig als kolbenseitige
Dichtmittel ausgebildet, sodass das Dichtelement auch gegenüber
dem Kolben abgedichtet ist und somit ein hydraulischer Kurzschluss
vermieden werden kann. Vorzugsweise sind die Dichtmittel als radial
und/oder axial wirkende Dichtflächen ausgebildet, welche
an korrespondierenden Dichtflächen des Kolbens anliegen.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung kann die Doppellippe symmetrisch oder
asymmetrisch ausgebildet sein. Eine Asymmetrie, bezogen auf eine
etwa durch den Steg verlaufende Radialebene, kann beispielsweise
bei unterschiedlichen Drücken auf beiden Kolbenseiten vorteilhaft
sein.
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In
weiterer Ausgestaltung weist die Doppellippe zwei Dichtlippen auf,
welche miteinander einen stumpfen Winkel einschließen.
Damit wird der Vorteil einer radialen Elastizität der Dichtlippen
erreicht, d. h. nach dem Einbau der Doppellippe in den korrespondierenden
Zylinder liegen die Dichtlippen mit elastischer Vorspannung an der
Gleitfläche an. Je nach vorherrschenden Druckverhältnissen
kann eine der beiden Dichtlippen länger oder kürzer
als die andere sein, womit der Anpressdruck der Dichtlippe kontrolliert
werden kann.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann das Dichtelement einstückig,
zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein. Aufgrund der Spritzfähigkeit
der oben genannten Thermoplast-Kunststoffe ist eine einstückige
Bauweise des Dichtelementes wirtschaftlich möglich, insbesondere
gegenüber der herkömmlichen Herstellung von PTFE
durch Pressen bzw. Sintern von PTFE-Pulver.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann das Dichtelement durch
ein axiales Fixierelement, insbesondere einen Sicherungsring, gehalten
werden. In diesem Falle entfallen die oben genannten Haltemittel.
Vielmehr wird das Dichtelement, welches im Wesentlichen die Doppellippe
aufweist, über den Kolben geschoben und axial gegen einen
Anschlag abgestützt.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Dichtelement entweder
direkt am Umfang des Kolbens, der entsprechende Ringnuten oder Ringrippen
aufweist, oder mittelbar über einen Dichtungsträger
am Kolben befestigt werden. In diesem Falle können Dichtung
und Dichtungsträger vormontiert und anschließend
auf dem Kolben befestigt werden.
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Das
erfindungsgemäße Dichtelement kann vorzugsweise
bei Automatgetrieben für Kraftfahrzeuge, d. h. zur Abdichtung
von Schaltkolben für Schaltelemente verwendet werden. Hier
wirkt sich das verbesserte Reibverhalten besonders günstig
auf die Schaltqualität des Automatgetriebes aus.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden genauer
beschrieben. Es zeigen
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1 ein
Dichtelement mit Doppellippe auf einem Dichtungsträger
als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 ein
Dichtelement mit Dichtungsträger als zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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3 ein
Dichtelement mit Dichtungsträger als drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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4 ein
Dichtelement mit Dichtungsträger als viertes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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5 ein
Dichtelement mit Dichtungsträger als fünftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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6 ein
Dichtelement mit Dichtungsträger als sechstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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7 ein
Dichtelement mit Dichtungsträger als siebtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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8 ein
Dichtelement mit Dichtungsträger als achtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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9 ein
Dichtelement mit Dichtungsträger als neuntes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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10 ein
zweiteiliges Dichtelement mit Dichtungsträger als zehntes
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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11 ein
zweiteiliges Dichtelement mit Dichtungsträger als elftes
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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12 ein
einstückiges Dichtelement, fixiert durch einen Sicherungsring
auf dem Dichtungsträger und
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13 ein
zweiteiliges Dichtelement mit Dichtungsträger.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem
Dichtelement 1, welches auf einem Dichtungsträger 2 montiert
ist und diesen gegenüber einer Gleitfläche 3,
welche Teil eines nicht dargestellten Druckraumes oder Zylinders
ist, abdichtet. Der Dichtungsträger 2 kann Teil
eines nicht dargestellten, axial verschiebbaren Arbeitskolbens sein,
welcher beidseitig von den Drücken p1, p2 beaufschlagt
wird. Der Dichtungsträger 2 kann auch der Kolben
selbst sein; im Folgenden wird daher vorwiegend vom Kolben gesprochen,
welcher vorzugsweise ein Schaltkolben eines Automatgetriebes für
Kraftfahrzeuge ist und in beiden Axialrichtungen, +x, –x, verschiebbar
ist. Der Schaltkolben 2 dient der Aufbringung einer Schaltkraft
auf ein nicht dargestelltes Lamellenpaket eines Schaltelementes,
z. B. einer Kupplung oder einer Bremse. Das Dichtelement 1 ist aus
einem Thermoplast-Kunststoff, vorzugsweise einem PVDF (Polyvinylidenfluorid)
hergestellt. PVDF ist unter verschiedenen Handelsnamen von verschiedenen
Herstellern im Handel erhältlich und weist eine gute thermische
und chemische Beständigkeit sowie gute Gleitei genschaften
auf. Alternativ ist das Dichtelement 1 aus einem neuartigen
Thermoplast, bekannt unter dem Handelsnamen Moldflon, hergestellt.
Moldflon entspricht dem Thermoplast PTFE (Polytetrafluorethylen),
ist jedoch im Gegensatz zu diesem schmelzverarbeitbar, d. h. das
dargestellte Dichtelement 1 ist durch Kunststoffspritzgießen
herstellbar, während das herkömmliche PTFE durch
Sintern hergestellt werden muss. Darüber hinaus besitzt Moldflon – ebenso
wie das herkömmliche PTFE – sehr gute Gleiteigenschaften
und ist ferner hochtemperaturbeständig. Das einstückig
hergestellte Dichtelement 1 weist zwei nicht symmetrisch
ausgebildete Dichtlippen 1a, 1b auf, welche zusammen
eine Doppellippe 1a, 1b bilden. Die Dichtlippen 1a, 1b bilden mit
ihren Außenflächen einen stumpfen Winkel, sodass
gegenüber der Gleitfläche 3 ein Hohlraum 4 gebildet
wird und die Dichtlippen 1a, 1b nur mit ihren Dichtkanten
an der Gleitfläche 3 anliegen. Das Dichtelement 1 weist
ferner einen etwa radial verlaufenden Steg 1c sowie einen
U-förmigen Haltebereich mit einer Ringnut 1d und
zwei Nutflanken 1e, 1f auf. Der Kolben 2 weist
auf seinem Umfang einen ringförmigen Bund 2a auf,
welcher in die Ringnut 1d eingreift. Die Ringnut 1d weist
einen Nutgrund 1g auf, der als radiale Dichtfläche
am Bund 2a anliegt. Damit ist das Dichtelement 1 gegenüber
dem Kolben 2 abgedichtet, sodass hier kein hydraulischer
Kurzschluss entstehen kann.
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Die
auf den Kolben 2 bzw. das Dichtelement 1 einwirkenden
Betriebsdrücke eines Druckmediums, z. B. eines Drucköles
sind durch Pfeile p1, p2 dargestellt, wobei p1 > p2 ist. Das Dichtelement 1 kann
an die unterschiedlichen Drücke p1, p2 angepasst werden,
indem die Dichtlippen 1a, 1b unterschiedliche
lang ausgebildet werden, d. h. auf Seiten des höheren Druckes
kann eine kleinere Dichtlippe verwendet werden.
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2 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Dichtelement 5,
welches auf dem Umfang eines Kolbens 6 angeordnet, abgedichtet und
befestigt ist. Das Dichtelement 5 unterscheidet sich gegenüber
dem Dichtelement 1 (1) dadurch,
dass es gegenüber dem Kolben 6 axial abgedichtet wird,
d. h. über die Nutflanken 5e, 5f. Der
Kolben 6 weist auf seinem Umfang einen Ringbund 6a mit
axialen Dichtflächen 6b, 6c auf, welche
an den Nutflanken 5e, 5f zur Anlage kommen. Dabei
weist die Seite mit dem höheren Druck p1 die größere
Fläche 6b gegenüber der Seite mit dem
geringeren Druck p2 mit der Fläche 6c auf. Die
Dichtlippen 5a, 5b bilden mit dem Körper
des Dichtelementes 5 etwa V-förmig ausgebildete
Einbuchtungen 7, 8, in welchen die beiderseitigen
Drücke p1, p2 wirksam sind. Das Dichtelement 5 (und
ebenso das Dichtelement 1 in 1) hat somit
eine ähnliche Dichtwirkung wie ein Nutring bzw. zwei Rücken
an Rücken liegende Nutringe.
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3 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Dichtelement 9 mit
einer zwei Dichtlippen 9a, 9b aufweisenden Doppellippe.
Das Dichtelement 9 weist Halte- und Dichtmittel 9e, 9f auf,
welche in einer Ringnut 10a eines Kolbens 10 gehalten
ist.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem
asymmetrischen Dichtelement 11, welches eine Doppellippe
mit einer kurzen Dichtlippe 11a und einer langen Dichtlippe 11b aufweist;
die kürzere Dichtlippe 11a ist auf Seiten des höheren
Druckes p1 und die längere Dichtlippe 11b auf
Seiten des kleineren Druckes p2 angeordnet. Das Dichtelement 11 ist
formschlüssig mit einem Kolben 12 verbunden, welcher
auf seinem Umfang einen ringförmigen Bund 12a mit
einer der Seite des größeren Druckes p1 zugewandten
Schrägfläche 12b aufweist. Das Dichtelement 11 ist
an diese Form des Bundes 12a angepasst und weist entsprechend
geformte Halte- und Dichtmittel 11e, 11f auf.
Der höhere Betriebsdruck p1 stützt sich damit
verstärkt auf der Schrägfläche 12b ab.
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5 zeigt
eine Variante der Dichtung 11 gemäß 4 in
Form eines Dichtelementes 13 mit zwei ungleichen Dichtlippen 13a, 13b,
formschlüssig angeordnet auf einem Kolben 14,
der im Wesentlichen dem Kolben 12 gemäß 4 entspricht.
Der höhere Druck p1, beispielsweise 19 bar ist hier auf
der rechten Seite wirksam, während der geringere Druck
p2, beispielsweise 7 bar auf der linken Seite wirkt. Wie auch in 4 ist
dem höheren Druck p1 eine kürze Dichtlippe 13b und
dem niedrigeren Druck p2 die längere Dichtlippe 13a zugeordnet.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form
eines Dichtelementes 15, welches auf einem Kolben 16 mit
einer Ringnut 16a angeordnet ist. Das Dichtelement 15 weist
zwei ringförmige Bereiche 15e, 15f zur
radialen Abdichtung gegenüber dem Kolben 16 sowie
einen mittleren Vorsprung 15g auf, welcher in eine kolbenseitige
Nut 16a eingreift.
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7 zeigt
eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 6,
nämlich ein Dichtelement 15' und einen Kolben 16',
welcher eine Fase 16b für die Montage der Dichtung 15' aufweist.
Die Dichtung 15' kann dadurch einfacher montiert werden.
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8 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form
eines Dichtelementes 17 auf einem Kolben 18. Das
Dichtelement 17 bildet mit dem Kolben 18 eine
zylindrisch ausgebildete radiale Dichtfläche 19.
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9 zeigt
eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 8 mit
einem Dichtelement 17' auf einem Kolben 18'. Im
Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel bilden
das Dichtelement 17' und der Kolben 18' miteinander
axiale Dichtflächen 20, 21.
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10 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form
eines zweiteiligen Dichtelementes 22, welches formschlüssig
gegenüber einem Kolben 23 befestigt ist. Das Dichtelement 22 besteht
aus zwei gleichen nutförmig ausgebildeten Einzeldichtungen 22a, 22b,
welche zusammen eine Doppellippe bilden. Der Kolben 23 weist
eine umlaufende Rippe 23a sowie zwei äuße re
Absätze 23b, 23c auf, über welche
die beiden Einzeldichtungen 22a, 22b gegenüber
dem Kolben 23 fixiert sind.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform für ein zweiteiliges
Dichtelement 24, welches mit einem Kolben 25 formschlüssig
verbunden ist. Das Dichtelement 24 besteht aus zwei gleichen
Einzeldichtungen 24a, 24b, welche mittels pilzförmiger Knöpfelemente 24c ineinander
geknöpft werden. Das zweiteilige Dichtelement 24 ist über
einen über die Kolbenwand hinausstehenden Bund 25a in
axialer Richtung gegenüber dem Kolben 25 fixiert.
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12 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form
eines asymmetrischen einstückigen Dichtelementes 26,
welches auf einem Kolben 27 angeordnet und gegenüber
diesem mittels eines axialen Sicherungselementes in Form eines Sprengringes 28 axial
fixiert ist. In diesem Falle ist das Dichtelement 26 einfacher
als die vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet,
jedoch weist es ebenfalls eine Doppellippe auf, welche aus zwei Dichtlippen 26a, 26b besteht.
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13 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für
ein zweiteiliges Dichtelement 29, bestehend aus zwei ungleichen
Einzeldichtungen 29a, 29b, angeordnet auf einem
Kolben 30. Die Einzeldichtungen 29a, 29b sind
ebenso wie im Ausführungsbeispiel gemäß 10 ähnlich
wie Nutringe ausgebildet, welche sich mit ihren Rückseiten
gegenseitig abstützen und über Absätze 30a, 30b gegenüber
dem Kolben 30 axial fixiert sind.
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- 1
- Dichtelement
- 1a
- Dichtlippe
- 1b
- Dichtlippe
- 1c
- Steg
- 1d
- Ringnut
- 1e
- Nutflanke
- 1f
- Nutflanke
- 1g
- Nutgrund
- 2
- Kolben
(Dichtungsträger)
- 2a
- Bund
- 3
- Gleitfläche
- 4
- Hohlraum
- 5
- Dichtelement
- 5e
- Nutflanke
- 5f
- Nutflanke
- 6
- Kolben
- 6a
- Bund
- 6b
- Dichtfläche
- 6c
- Dichtfläche
- 7
- Einbuchtung
- 8
- Einbuchtung
- 9
- Dichtelement
- 9a
- Dichtlippe
- 9b
- Dichtlippe
- 9e
- Halte-
und Dichtmittel
- 9f
- Halte-
und Dichtmittel
- 10
- Kolben
- 10a
- Ringnut
- 11
- Dichtelement
- 11a
- Dichtlippe
- 11b
- Dichtlippe
- 11e
- Halte-
und Dichtelement
- 11f
- Halte-
und Dichtelement
- 12
- Kolben
- 12a
- Bund
- 12b
- Schrägfläche
- 13
- Dichtelement
- 13a
- Dichtlippe
- 13b
- Dichtlippe
- 14
- Kolben
- 15
- Dichtelement
- 15e
- ringförmiger
Bereich
- 15f
- ringförmiger
Bereich
- 15g
- ringförmiger
Vorsprung
- 16
- Kolben
- 16a
- Ringnut
- 16b
- Fase
- 15'
- Dichtelement
- 16'
- Kolben
- 17
- Dichtelement
- 17'
- Dichtelement
- 18
- Kolben
- 18'
- Kolben
- 19
- Dichtfläche
(radial)
- 20
- Dichtfläche
(axial)
- 21
- Dichtfläche
(axial)
- 22
- Dichtelement
- 22a
- Einzeldichtung
- 22b
- Einzeldichtung
- 23
- Kolben
- 23a
- Rippe
- 23b
- Absatz
- 23c
- Absatz
- 24
- Dichtelement
- 24a
- Einzeldichtung
- 24b
- Einzeldichtung
- 24c
- Knöpfelement
- 25
- Kolben
- 25a
- Bund
- 26
- Dichtelement
- 26a
- Dichtlippe
- 26b
- Dichtlippe
- 27
- Kolben
- 28
- Sprengring
- 29
- Dichtelement
- 29a
- Einzeldichtung
- 29b
- Einzeldichtung
- 30
- Kolben
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - H. Naunheimer,
B. Bertsche, G. Lechner: Fahrzeuggetriebe, 2. Aufl., 2007, S. 470 [0002]