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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft Ringdichtungen und im Spezielleren
eine Ringdichtung mit einer Innenlippe.
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HINTERGRUND
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Die
in diesem Abschnitt getroffenen Aussagen geben lediglich Hintergrundinformationen,
welche nicht notwendigerweise den Stand der Technik darstellen.
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Es
gibt zahlreiche Anwendungen, beispielsweise bei einem Getriebe oder
einem Motor, bei denen eine Dichtung zwischen einem rotierenden
Bauteil und einem stationären
Bauteil erforderlich ist. Ringdichtungen werden typischerweise dazu
verwendet, um das rotierende Bauteil gegenüber dem stationären Bauteil
abzudichten, um auf beiden Seiten der Ringdichtung einen Fluidübertritt
in die jeweils andere Seite zu verhindern. Die Ringdichtung umfasst
typischerweise ein kreisrundes Element, das um ein feststehendes
Bauteil herum passt, und eine Außenfläche, welche mit der Fläche des
rotierenden Bauteils in Eingriff steht. Eine Komplikation bei der oben
beschriebenen Ringdichtung besteht darin, dass die Ringdichtung
relativ zu dem rotierenden Bauteil stationär bleiben muss und dabei dennoch eine
wirksame Dichtung gegenüber
dem rotierenden Bauteil aufrechterhalten soll. In dieser Hinsicht
muss die typische Ringdichtung Reibungskräfte zwischen der Ringdichtung
und dem rotierenden Bauteil mi nimal halten und dabei dennoch genügend Radialkraft aufweisen,
um ein Vorbeiströmen
von Fluid an der Ringdichtung zu verhindern.
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Eine
in der Technik bekannte Lösung,
diese radialen Reibungskräfte
auf einem Minimum zu halten, besteht darin, die Ringdichtung dazu
zu zwingen, sich in axialer Richtung gegen eine an dem stationären Bauteil
ausgebildete Nase oder Rille zu bewegen. Durch die Verwendung von
Axialkräften
können Radialkräfte minimal
gehalten werden. Axialkräfte entstehen
typischerweise aus einer Druckdifferenz zwischen den Fluida zu beiden
Seiten der Ringdichtung. In dem Maß, in welchem sich die Druckdifferenz zwischen
der einen und der anderen Seite der Dichtung verändert, kann die Ringdichtung
sich von einer Abdichtposition gegen das stationäre Bauteil hin zu einer zweiten
Abdichtposition gegen das stationäre Bauteil bewegen.
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Während des Übergangs
zwischen den Positionen kann es jedoch zu einem Übertritt von Fluid um die Dichtung
herum kommen. Eine in der Technik bekannte Lösung besteht darin, zwischen
der Ringdichtung und einem der Bauteile einen zweiten Ring vorzusehen.
Der zweite Ring mag zwar für
den beabsichtigten Zweck wirksam sein, er erhöht jedoch die Radialkräfte der
Ringdichtung, wodurch sich die Reibung zwischen der Ringdichtung
und dem rotierenden Element erhöht.
Darüber
hinaus erhöht
der zweite Ring die Montagekosten. Somit ist in der Technik Platz
für eine
Ringdichtung, die einen Fluidübertritt über die
Dichtung hinweg während
des Übergangs minimiert
und dabei gleichzeitig eine Ausführung
bereitzustellen, welche die Montagekosten nicht erhöht.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur
Abdichtung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil
geschaffen, wobei das erste Bauteil eine darin ausgebildete Rille
aufweist und die Rille eine erste Wand und eine zweite Wand aufweist.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung
einen ringförmigen
Körper mit
einer ersten Seite, die so ausgelegt ist, dass sie selektiv mit
der ersten Wand der Rille in Kontakt steht, einer der ersten Seite
gegenüberliegenden, zweite
Seite, wobei die zweite Seite so ausgelegt ist, dass sie selektiv
mit der zweiten Wand der Rille in Kontakt steht, eine erste Fläche, die
mit dem zweiten Bauteil in Kontakt steht, und eine der ersten Fläche gegenüberliegende,
zweite Fläche.
Eine Lippe ist an die zweite Fläche
angeklebt und erstreckt sich zumindest teilweise um die zweite Fläche des
ringförmigen Körpers herum.
Ein auf die erste Seite des ringförmigen Körpers wirkender Druck zwingt
die zweite Seite, mit der zweiten Wand der Rille in Kontakt zu treten, und
ein auf die zweite Seite des ringförmigen Körpers wirkender Druck zwingt
die erste Seite, mit der ersten Wand der Rille in Kontakt zu treten.
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In
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Fläche eine
Außenfläche des ringförmigen Körpers.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die zweite
Fläche
eine Innenfläche des
ringförmigen
Körpers.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es
sich bei dem ringförmigen Körper um
Kunststoff.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es
sich bei der Lippe um Gummi.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die
Lippe eine Mehrzahl von Segmenten, die sich der Innenfläche des
ringförmigen
Körpers
entlang erstrecken.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die
Mehrzahl von Segmenten ein erstes Segment, ein zweites Segment und
ein drittes Segment.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der
ringförmige
Körper
eine Mehrzahl von Nasen, um mit dem zweiten Bauteil in Eingriff
zu treten und so eine Rotation der Vorrichtung zu verhindern, wobei
eine der Nasen zwischen dem ersten Segment und dem dritten Segment
angeordnet ist und eine der Nasen zwischen dem zweiten Segment und
dem dritten Segment angeordnet ist.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der
ringförmige
Körper
eine abgestufte Verbindungsstelle zwischen dem ersten Segment und
dem zweiten Segment.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung steht die Lippe
nicht mit der Rille in Kontakt.
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In
noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Lippe
eine Breite auf, die geringer als eine Breite des ringförmigen Körpers ist.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung einen ringförmigen Körper mit
einer ersten Seite, die so aus gelegt ist, dass sie selektiv mit
der ersten Wand der Rille in Kontakt steht, einer der ersten Seite
gegenüberliegenden,
zweite Seite, wobei die zweite Seite so ausgelegt ist, dass sie
selektiv mit der zweiten Wand der Rille in Kontakt steht, eine Außenfläche, die
mit dem zweiten Bauteil in Kontakt steht, und eine Innenfläche. Eine
Lippe befindet sich angrenzend an die Innenfläche und erstreckt sich zumindest
teilweise um die Innenfläche
des ringförmigen
Körpers
herum. Ein auf die erste Seite des ringförmigen Körpers und auf die Lippe wirkender
Druck zwingt die zweite Seite, mit der zweiten Wand der Rille in
Kontakt zu treten, und ein auf die zweite Seite des ringförmigen Körpers wirkender
Druck zwingt die erste Seite, mit der ersten Wand der Rille in Kontakt
zu treten.
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In
einem Aspekt der zweiten Ausführungsform
ist die Lippe an die Innenfläche
des ringförmigen Körpers angeklebt.
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In
einem anderen Aspekt der zweiten Ausführungsform handelt es sich
bei dem ringförmigen Körper um
Kunststoff.
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In
noch einem anderen Aspekt der zweiten Ausführungsform handelt es sich
bei der Lippe um Gummi.
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In
noch einem anderen Aspekt der zweiten Ausführungsform umfasst die Lippe
eine Mehrzahl von Segmenten, die sich der Innenfläche des
ringförmigen
Körpers
entlang erstrecken.
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In
noch einem anderen Aspekt der zweiten Ausführungsform umfasst die Mehrzahl
von Segmenten ein erstes Segment, ein zweites Segment und ein drittes
Segment.
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In
noch einem anderen Aspekt der zweiten Ausführungsform umfasst der ringförmige Körper eine
Mehrzahl von Nasen, um mit dem zweiten Bauteil in Eingriff zu treten
und so eine Rotation der Vorrichtung zu verhindern, wobei eine der
Nasen zwischen dem ersten Segment und dem dritten Segment angeordnet
ist und eine der Nasen zwischen dem zweiten Segment und dem dritten
Segment angeordnet ist.
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In
noch einem anderen Aspekt der zweiten Ausführungsform umfasst der ringförmige Körper eine
abgestufte Verbindungsstelle zwischen dem ersten Segment und dem
zweiten Segment.
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In
noch einem anderen Aspekt der zweiten Ausführungsform sind das erste Segment
und das zweite Segment von gleicher Länge.
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In
noch einem anderen Aspekt der zweiten Ausführungsform weist das dritte
Segment eine größere Länge als
das erste Segment und das zweite Segment auf.
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Weitere
Anwendbarkeitsbereiche werden aus der hier dargebotenen Beschreibung
ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen
Beispiele nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt sind und es
soll dadurch der Umfang der vorliegenden Erfindung keineswegs eingeschränkt werden.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken
und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise
einschränken.
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1 ist
eine Vorderansicht einer Ringdichtung nach den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der Ringdichtung aus 1 nach den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung;
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3A ist
eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Ringdichtung in einer ersten
Stellung zwischen zwei Bauteilen; und
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3B ist
eine Umgebungs-Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Ringdichtung
in einer zweiten Stellung zwischen den beiden Bauteilen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und es sollen
dadurch die vorliegende Offenbarung bzw. deren Anwendung oder deren Nutzungsbereiche
nicht eingeschränkt
werden.
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1 veranschaulicht
eine Ringdichtung 10 nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung. Die
Ringdichtung 10 umfasst einen ringförmigen Körper 12. Der ringförmige Körper 12 ist
im Allgemeinen von kreisrunder Gestalt und umfasst eine Innenfläche 14 und
eine Außenfläche 16.
Eine Mehrzahl von Nasenelementen 18 erstreckt sich von
dem ringförmigen
Körper
radial nach innen. In dem speziellen, bereitgestellten Beispiel
sind zwei Nasenelemente 18 an dem ringförmigen Körper 12 diametral
gegenüberliegend
voneinander beabstandet, es ist jedoch festzustellen, dass jede
beliebige Anzahl von Nasenelementen 18 an jeder beliebigen
Stelle entlang dem ringförmigen
Körper 12 verwendet
werden kann. Die Nasenele mente 18 sind so bemessen, dass
sie in Schlitze (nicht gezeigt) an einem Bauteil 34 (2 und 3) eingreifen können, um ein Rotieren der Ringdichtung 10 zu
verhindern. Der ringförmige
Körper 12 umfasst
weiterhin eine darin ausgebildete, abgestufte Verbindungsstelle 20.
Die abgestufte Verbindungsstelle 20 erlaubt es dem ringförmigen Körper 12,
sich auszudehnen, um seine Abdichtmerkmale beizubehalten.
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Die
Ringdichtung 10 umfasst weiterhin angrenzend an die Innenfläche 14 des
ringförmigen Körpers 12 eine
Lippe 22. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist die Lippe 22 an den ringförmigen Körper 12 angeklebt,
obwohl auch verschiedene andere Verfahren zum Verbinden der Lippe 22 mit
dem ringförmigen
Körper 12 verwendet
werden können.
Beispielsweise kann die Lippe 22 direkt aus dem ringförmigen Körper 12 heraus
geformt sein und einstückig
mit diesem ausgebildet sein Die Lippe 22 erstreckt sich
entlang dem Innenumfang des ringförmigen Körpers 12 und ist im
Allgemeinen von kreisrunder Gestalt. Die Lippe 22 umfasst
drei Segmente, welche ein erstes Segment 22a, ein zweites
Segment 22b und ein drittes Segment 22c umfassen.
Das erste Segment 22a ist zwischen einem der Nasenelemente 18 und
der abgestuften Verbindungsstelle 20 angeordnet. Das zweite
Segment 22b ist zwischen einem anderen der Nasenelemente 18 und
der abgestuften Verbindungsstelle 20 angeordnet. Das dritte
Segment 22c ist zwischen den zwei Nasenelementen 18 angeordnet.
In dieser Hinsicht spannen das erste Segment 22a und das
zweite Segment 22b jeweils einen Bogen auf, der sich über annähernd 90
Grad erstreckt, während
das dritte Segment 22c einen Bogen aufspannt, der annähernd 180 Grad
beträgt.
Es ist jedoch festzustellen, dass die Lippe 22 sich auch
ohne Unterbrechung oder in verschiedenen anderen Auslegungen um
den Innenumfang des ringförmigen
Körpers 12 herum
erstrecken kann, ohne dass dadurch von dem Umfang der vorliegenden
Erfindung abgewichen wird.
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In 2,
auf welche nun Bezug genommen wird, ist eine vergrößerte Querschnittsansicht
der Ringdichtung 10 in der Richtung des Pfeils 2-2 in 1 gezeigt.
Der ringförmige
Körper 12 der
Ringdichtung 10 umfasst weiterhin eine erste Seite 24 und eine
zweite Seite 26. Die erste Seite 24 ist der zweiten
Seite 26 entgegengesetzt. Die Lippe 22 ist, wie weiter
oben erwähnt,
an die Innenfläche 14 angeklebt und
hat eine Breite, die geringer als eine Breite des ringförmigen Körpers 12 ist.
Die Lippe 22 ist vorzugsweise in gleicher Beabstandung
zwischen der ersten Seite 24 und der zweiten Seite 26,
die Lippe 22 kann jedoch auch asymmetrisch in Bezug auf
die erste Seite 24 und die zweite Seite 26 angeordnet
sein.
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Die
Lippe 22 umfasst eine erste Seite 28, eine der
ersten Seite 28 entgegengesetzte, zweite Seite 30,
und eine Unterseite 32, die sich zwischen der ersten Seite 28 und
der zweiten Seite 30 erstreckt. In der bevorzugten Ausführungsform
sind die erste Seite 28 und die zweite Seite 30 zueinander
geneigt, es ist jedoch festzustellen, dass die erste Seite 28 und
die zweite Seite 30 auch parallel zueinander verlaufen
können
und eine trapezförmige
oder eine andere asymmetrische Gestalt bilden können.
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Der
ringförmige
Körper 12 ist
aus einem harten Kunststoff, wie beispielsweise einem glasgefüllten Kunststoff
gefertigt. Die Lippe 22 besteht aus einem flexiblen Gummi
und ist, wie weiter oben erwähnt,
vorzugsweise an den ringförmigen
Körper 12 angeklebt.
Es ist festzustellen, dass für
die Anfertigung des ringförmigen
Körpers 12 und
der Lippe 22 auch andere Materialien verwendet werden können, solange
dabei die Grundmerkmale der bevorzugten Ausführungsform erhalten bleiben.
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In 3A,
auf welche nun Bezug genommen wird, ist die Ringdichtung 10 in
Verwendung mit einem ersten Bauteil 34 und einem zweiten
Bauteil 36 veranschaulicht. Das erste Bauteil umfasst eine darin
ausgebildete Rille 38. Die Rille umfasst eine erste Wand 40,
eine der ersten Wand 40 gegenüberliegende, zweite Wand 42,
und eine Basis 44, die sich zwischen der ersten Wand 40 und
der zweiten Wand 42 erstreckt. Die Rille 38 weist
eine Breite auf, die größer ist
als die Breite der Ringdichtung 10.
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Das
erste Bauteil 34 und das zweite Bauteil 36 sind
nahe aneinander positioniert. In dem speziellen, bereitgestellten
Beispiel ist das erste Bauteil 34 stationär und ist
das zweite Bauteil 36 in Bezug auf das erste Bauteil 34 drehbar.
Es ist jedoch festzustellen, dass ein jedes der Bauteile 34, 36 stationär sein kann
und ein jedes der Bauteile 34, 36 durch Rotation oder
durch Translation relativ zu einander beweglich sein kann.
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Die
Ringdichtung 10 ist zwischen dem ersten Bauteil 34 und
dem zweiten Bauteil 36 angeordnet, so dass der ringförmige Körper 12 sich
zumindest teilweise innerhalb der Rille 38 erstreckt. Die
Lippe 22 ist innerhalb der Rille 38 angeordnet,
steht jedoch nicht mit der ersten Wand 40 und der zweiten
Wand 42 in Kontakt, und ist auch nicht notwendigerweise mit
der Basis 44 der Rille 38 in Kontakt. Die Außenfläche 16 des
ringförmigen
Körpers 12 steht
mit dem zweiten Bauteil 36 in Kontakt. Der Kontakt zwischen der
Außenfläche 16 und
dem zweiten Bauteil 36 fungiert als eine Abdichtung und
begrenzt einen Fluidstrom zwischen der Außenfläche 16 und dem zweiten Bauteil 36.
Die Außenfläche 16 ist
vorzugsweise glatt, um eine Rotation des zweiten Bauteils 36 in
Bezug auf die Ringdichtung 10 zu ermöglichen.
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Die
Ringdichtung 10 ist zwischen einer in 3A veranschaulichten,
ersten Stellung und einer in 3B veranschaulichten,
zweiten Stellung beweglich. Im Speziellen wirkt druckbeaufschlagtes Fluid
(nicht spezifisch gezeigt) auf beiden Seiten der Ringdichtung 10 auf
die Ringdichtung 10.
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Sobald
eine genügend
große
Druckdifferenz zwischen dem Fluid auf der einen und der anderen Seite
der Ringdichtung 10 vorhanden ist, erfolgt ein Übergang
der Ringdichtung 10 innerhalb der Rille 38 und
diese tritt mit einer der Wände 40, 42 in
Kontakt, um einen Fluidübertritt
zwischen der Ringdichtung und dem ersten Bauteil 34 zu
verhindern.
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In
der in 3A gezeigten, ersten Stellung wirkt
der Fluiddruck (angezeigt durch die Pfeile) auf die erste Seite 24 des
ringförmigen
Körpers 12 und auf
die erste Seite 28 der Lippe 22. Der Fluiddruck stellt
eine Kraft bereit, welche die Ringdichtung 10 innerhalb
der Rille 38 bewegt, so dass die zweite Seite 26 der
Ringdichtung 10 mit der zweiten Wand 42 der Rille 38 in
Kontakt tritt. Dieser Kontakt hat Abdichtwirkung und begrenzt den
Fluidstrom zwischen der zweiten Seite 26 der Ringdichtung 10 und
der zweiten Wand 42 der Rille 38. Indem die Abdichtkräfte in einer
seitlichen Richtung anstatt in einer radialen Richtung konzentriert
werden, wird die Reibung zwischen der Außenfläche 16 der Ringdichtung 10 und dem
zweiten Bauteil 36 nicht wesentlich erhöht.
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In
der in 3B gezeigten, zweiten Stellung wirkt
der Fluiddruck (angezeigt durch die Pfeile) auf die zweite Seite 26 des
ringförmigen
Körpers 12 und auf
die zweite Seite 30 der Lippe 22. Der Fluiddruck stellt
eine Kraft bereit, welche die Ringdichtung 10 innerhalb
der Rille 38 bewegt, so dass die erste Seite 24 der
Ringdichtung 10 mit der ersten Wand 40 der Rille 38 in
Kontakt tritt. Dieser Kontakt hat Abdichtwirkung und begrenzt den
Fluidstrom zwischen der ersten Seite 24 der Ringdichtung 10 und
der ersten Wand 40 der Rille 38. Indem die Abdichtkräfte in einer
seitlichen Richtung anstatt in einer radialen Richtung gehalten
werden, wird wiederum die Reibung zwischen der Außenfläche 16 der
Ringdichtung 10 und dem zweiten Bauteil 36 nicht
wesentlich erhöht.
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Wie
weiter oben erwähnt,
bewirkt eine Veränderung
bei der auf die Ringdichtung 10 wirkenden Druckdifferenz,
dass die Ringdichtung 10 sich zwischen der (in 3A gezeigten)
ersten Stellung und der (in 3B gezeigten)
zweiten Stellung bewegt. Während
dieses Übergangs
kann es zu einem Fluidübertritt
zwischen der Ringdichtung 10 und dem ersten Bauteil 34 kommen.
Die Lippe 22 wirkt in dieser Hinsicht wie ein Damm, um
die Übertrittsmenge
während
des Übergangs
zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung zu reduzieren,
indem das Volumen zwischen dem ringförmigen Körper 12 und der Rille 38 verringert
wird. Indem sie die Fluidübertrittsmenge
während
des Übergangs
begrenzt, trägt die
Lippe 22 außerdem
dazu bei, eine höhere
Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Ringdichtung 10 aufrechtzuerhalten.
Diese höhere
Druckdifferenz bedeutet, dass die auf die Ringdichtung 10 wirkende
Kraft größer ist,
was wiederum bedeutet, dass die Ringdichtung 10 den Übergang
zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung rascher vollzieht,
wodurch der Fluidübertritt
weiter reduziert wird. Außerdem
verhindert die Flexibilität
der Lippe 22 starke Erhöhungen
der Reibungskräfte,
wenn die Lippe 22 mit dem ersten Bauteil 34 in
Kontakt tritt, da die Lippe 22 sich umbiegt bzw. zusammengepresst wird,
wodurch die Radialkraft zu einem großen Teil absorbiert wird.
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Die
Beschreibung der Erfindung hat lediglich Beispielcharakter und Variationen
davon, die nicht von dem Hauptinhalt der Erfindung abweichen, sollen
in den Umfang der Erfindung fallen. Solche Variationen sollen nicht
als Abweichung vom Geist und Schutzumfang der Erfindung betrachtet
werden.