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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Dichtring aus einem elastisch nachgiebigen Dichtungswerkstoff, der, im Schnitt betrachtet, im Wesentlichen X-förmig ausgebildet ist, dessen Verwendung und ein Werkzeug zu seiner Herstellung.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 41 21 950 A1 ist ein solcher Dichtring bekannt, der häufig als X-Ring bezeichnet wird. Der vorbekannte X-Ring besteht aus einem elastisch nachgiebigen Dichtungswerkstoff, wobei die axial beiderseits angeordneten radial inneren und äußeren Dichtbereiche jeweils eine Dichtfläche aufweisen und jeweils durch eine stirnseitig gedachte, die Dichtbereiche berührende gedachte Ebene verbindbar sind. X-Ringe sind Sonderformen, bezogen auf O-Ringe, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. O-Ringe werden überwiegend zur Abdichtung ruhender Maschinenteile gegen flüssige oder gasförmige Medien eingesetzt, wohingegen X-Ringe in erster Linie als dynamische Dichtelemente bei axialer, rotierender oder oszillierender Bewegung dienen. Die herstellungsbedingte Gestalt bisheriger X-Ringe unterscheidet sich nicht von der Gestalt der X-Ringe während ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung. Die Herstellung von X-Ringen ist insbesondere dann, wenn diese große Hinterschneidungen aufweisen, problematisch. Bei der Entformung solcher X-Ringe aus dem Herstellungswerkzeug werden diese häufig beschädigt; eine automatische Entformung mit wenig Ausschuss ist bislang praktisch nicht möglich. Verstärkt werden die zuvor genannten Probleme, wenn der X-Ring aus einem Werkstoff mit geringer Heissreissfestigkeit bestehen müsste. Diese Werkstoffe werden zur Abdichtung bestimmter Medien benötigt.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Dichtring der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auch Dichtringe mit großen Hinterschneidungen einfach und kostengünstig herstellbar und insbesondere problemlos aus dem Werkzeug automatisch entformbar sind. Die Werkzeuge zur Herstellung des Dichtrings sollen einen teilearmen und kostengünstigen Aufbau aufweisen. Dichtringe mit großen Hinterschneidungen sollen ohne Ausschuss automatisch entformbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 10 und 12 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen/Weiterbildungen nehmen die darauf jeweils rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Dichtring vorgesehen, aus einem elastisch nachgiebigen Dichtungswerkstoff, der im Wesentlichen X-förmig ausgebildet ist und herstellungsbedingt die Form einer Tellerfeder aufweist, wobei die axial beiderseits angeordneten radial inneren und äußeren Dichtbereiche jeweils eine Dichtfläche aufweisen und jeweils durch eine stirnseitig gedachte, die Dichtbereiche berührende gedachte Ebene verbindbar sind, wobei die Ebenen im herstellungsbedingten Zustand des Dichtrings mit der Symmetrieachse des Dichtrings jeweils einen Winkel begrenzen, der kleiner 90° ist.
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X-Ringe aus dem Stand der Technik weisen nicht herstellungsbedingt die Form einer Tellerfeder auf, wobei der zuvor beschriebenen Winkel bei diesen Dichtringen herstellungsbedingt 90° beträgt.
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Im Gegensatz zu der herstellungsbedingt also zylindrischen Bauform herkömmlicher X-Ringe weist der erfindungsgemäße X-Ring eine herstellungsbedingt konische Bauform auf. Während der bestimmungsgemäßen Verwendung des erfindungsgemäßen X-Rings hat die herstellungsbedingt konische Bauform keinen Einfluss auf die Gebrauchseigenschaften, weil die herstellungsbedingt konische Bauform im eingebauten Zustand des X-Rings durch elastische Verformung wieder rückgängig gemacht wird; das heißt, der zuvor herstellungsbedingt konische X-Ring hat im eingebauten Zustand dieselbe Form wie ein herkömmlicher X-Ring, nämlich eine zylindrische.
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Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen X-Rings ist darin zu sehen, dass er die bisher aus dem Stand der Technik bekannten X-Ringe gleicher Größe problemlos ersetzen kann, ohne dass z. B. Einbauräume geändert werden müssten.
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Die konische Bauform bedingt, dass der X-Ring auch dann problemlos automatisch entformt werden kann, wenn die Hinterschneidungen des X-Rings deutlich größer sind, als bisher und/oder empfindliche Dichtungswerkstoffe zur Anwendung gelangen, die nur eine geringe Heissreissfestigkeit haben. Durch die herstellungsbedingte Konizität und das entsprechend gestaltete Werkzeug müssen während der Entformung des Dichtrings keine Hinterschneidungen überwunden werden, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Dichtrings während seiner Entformung aus dem Werkzeug auf ein Minimum reduziert ist. Der Dichtring wird praktisch wie ein Dichtring ohne Hinterschneidung gefertigt, wobei bei der bestimmungsgemäßen Verwendung dennoch die Vorteile von Hinterschneidungen des Dichtrings genutzt werden können.
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Generell gelangen X-Ringe zur Anwendung, wenn große Bauteiltoleranzen überbrückt werden müssen, ohne dass durch den Dichtring große Reaktionskräfte erzeugt werden dürfen. Für Anwendungen, bei denen auch ohne große Verpressung eine grundlegende Dichtfunktionen erforderlich ist, beispielsweise als Staubschutz, sind X-Ringe ebenfalls geeignet.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung betragen die Winkel herstellungsbedingt weniger als 90°, bevorzugt 60° bis 80°, weiter bevorzugt 75°. Für die meisten Anwendungsfälle haben sich solche Winkel bewährt, weil dadurch ein guter Kompromiss zwischen guter Entformbarkeit des Dichtrings aus dem Werkzeug einerseits und guten Gebrauchseigenschaften des Dichtrings im eingebauten Zustand bei annähernd gleicher Belastung aller Dichtbereiche/Dichtflächen andererseits erzielt wird. Würde der Winkel beispielsweise weniger als 60° betragen, wäre im herstellungsbedingten Zustand eine sehr große Konizität gegeben und der Dichtring könnte in seiner Einbaulage nur mechanisch hoch belastet, nämlich elastisch stark verformt, in die nicht-konische Form gebracht werden.
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Während einer langen Gebrauchsdauer würde durch die sehr unterschiedlich stark verpressten Dichtbereiche die Gefahr von Undichtigkeiten bestehen.
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Während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings, also im eingebauten Zustand, betragen die Winkel jeweils 90°.
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Die gedachten Ebenen können parallel zueinander angeordnet sein. Sowohl die Dichtringe als auch die entsprechenden Werkzeuge sind dadurch einfach und kostengünstig herstellbar. Davon abweichende gegenseitige Zuordnungen der Ebenen sind jedoch ebenfalls möglich, sofern Dichtringe mit einer derartigen Sonderform gewünscht sind.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das erste Verhältnis von größter radialer Dicke radial zwischen den Dichtbereichen zu kleinster radialer Dicke im Bereich der ersten Einschnürung und das zweite Verhältnis von größter axialer Länge axial zwischen den Dichtbereichen zu kleinster axialer Länge im Bereich der zweiten Einschnürung jeweils 1,2 bis 1,5, weiter bevorzugt 1,3 beträgt. Dichtringe, die derartige Verhältnisse aufweisen, waren bisher nur mit einem hohen Anteil an Ausschuss herstellbar. Der Ausschuss wurde weiter vergrößert, wenn Werkstoffe zur Anwendung gelangten, die nur eine geringe Heissreissfestigkeit aufwiesen, wie beispielsweise EPDM, FKM, ACM, Silikon oder NBR. Waren die Verhältnisse kleiner als 1,2, waren die Dichtringe zwar besser herstellbar, haben aber häufig schlechtere Gebrauchseigenschaften aufgeweisen.
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Der erfindungsgemäße Dichtring weist ausgezeichnete Gebrauchseigenschaften auf. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass nur zwei einander diagonal gegenüberliegende Dichtbereiche jeweils einen herstellungsbedingten Trenngrat aufweisen und dass der jeweilige Trenngrat außerhalb der jeweiligen Dichtfläche angeordnet ist. Diese günstige Lage des jeweiligen Trenngrats wird dadurch erreicht, dass der herstellungsbedingt konische Dichtring eingebaut eine nicht-konische, zylindrische Bauform aufweist, wobei durch diese montagebedingte elastische Verformung Dichtbereiche an den abzudichtenden Maschinenelementen anliegen, die jeweils frei von einem Trenngrat sind. Der Trenngrat befindet sich also nicht auf der Dichtfläche, sondern dazu leicht versetzt. Der Trenngrat beeinflusst somit die Dichtfunktion des Dichtrings nicht nachteilig.
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Der zuvor beschriebene Dichtring funktioniert besonders vorteilhaft in einer Kolbenpumpe. Bei der Kolbenpumpe kann es sich um die ein ABS- und/oder ESP-System in Kraftfahrzeugen handeln.
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Speziell für diese Anwendungen sind Werkstoffe von Vorteil, die eine geringe Heissreissfestigkeit und somit problematische Entformungseigenschaften aufweisen. Auch Dichtringe aus diesen empfindlichen Werkstoffen lassen sich prozesssicher und kostengünstig herstellen.
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Ein Werkzeug, durch das der zuvor beschriebene Dichtring herstellbar ist, weist eine Kavität auf, die in Öffnungsrichtung des Werkzeugs im Wesentlichen hinterschneidungsfrei ausgebildet ist. Auch können mehrere im Wesentlichen hinterschneidungsfreie Kavitäten zur Anwendung gelangen. Die Kavität, die eine Negativform des Dichtrings ist, ist deshalb ebenfalls in Form einer Tellerfeder ausgebildet, wobei die Winkel der Ebenen ebenfalls, wie zuvor beschrieben, kleiner 90° sind. Ein automatisches Entformen des Dichtrings ist durch die in Öffnungsrichtung des Werkzeugs im Wesentlichen hinterschneidungsfreie Gestalt der Kavität problemlos möglich.
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Das Werkzeug kann eine sich in radialer Richtung erstreckende Trennebene aufweisen, die in axialer Richtung um die Hälfte der größten axialen Länge des Dichtrings versetzt ist. Diese versetzten Ebenen bewirken, dass der mit diesem Werkzeug hergestellte Dichtring nur zwei einander diagonal gegenüberliegende Dichtbereiche mit jeweils einem herstellungsbedingten Trenngrat aufweist und dass der jeweilige Trenngrat außerhalb der jeweiligen Dichtfläche angeordnet ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dichtrings und des erfindungsgemäßen Werkzeugs wird nachfolgend anhand der Figuren gezeigt und näher beschrieben. Die Figuren zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
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1: einen Ausschnitt aus einem Werkzeug zur Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtrings,
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2: den Dichtring in seiner herstellungsbedingten Form, in Relation zu seinem Einbauraum,
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3: den Dichtring während der bestimmungsgemäßen Verwendung in seinem Einbauraum,
wobei die Dichtringe in den 2 und 3 zur Verdeutlichung im nicht-verpressten Zustand dargestellt sind.
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Ausführung der Erfindung
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In 1 ist ein Ausschnitt aus einem Werkzeug zur Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtrings gezeigt. Die Kavität 22 ist geschlossen und mit Dichtungswerkstoff, in diesem Fall EPDM, ausgefüllt.
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Bei EPDM handelt es sich um eine Dichtungswerkstoff, der speziell für die Anwendung im Kolbenpumpen besonders gut geeignet ist. Dieser Werkstoff weist eine geringe Heissreissfestigkeit auf, so dass dadurch eigentlich schlechte Entformungseigenschaften bedingt sind.
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Dieser werkstoffbedingte Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch kompensiert, dass die Kavität 22 in Öffnungsrichtung 23 des Werkzeugs im Wesentlichen hinterschneidungsfrei ausgebildet ist. Werden die beiden Werkzeughälften 27, 28 zur Entformung des Dichtrings in Öffnungsrichtung 23 auseinander bewegt, ist der Dichtring praktisch keinen mechanischen Belastungen in Form von elastischen Verformungen ausgesetzt, so dass die Gefahr von Beschädigungen des Dichtrings während des Entformungsvorgangs auf ein Minimum begrenzt und Ausschuss durch den Entformungsvorgang praktisch ausgeschlossen ist. Die hinterschneidungsfreie Kavität 22 weist eine sich in radialer Richtung 24 erstreckende Trennebene 25 auf, wobei die Trennebene 25 in axialer Richtung 26 im Wesentlichen um die Hälfte der größten axialen Länge 17 des Dichtrings versetzt ist.
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In 1 ist gut zu erkennen, dass nur die beiden einander diagonal gegenüberliegenden Dichtbereiche 2, 3 jeweils einen Trenngrat 20, 21 aufweisen, wobei der jeweilige Trenngrat 20, 21 außerhalb der jeweiligen Dichtflächen 6, 7 angeordnet ist, wie später anhand der 2 und 3 näher beschrieben wird.
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Der Dichtring ist als X-Ring ausgebildet und weist durch seine herstellungsbedingt konische Gestalt die Form einer Tellerfeder auf. Die beiden radial inneren Dichtbereiche 1, 2 sind mit den beiden radial äußeren Dichtbereichen 3, 4 durch die die Dichtbereiche 1, 3; 2, 4 berührenden gedachten Ebenen 9, 10 verbindbar. Die Ebenen 9, 10 begrenzen mit der Symmetrieachse 11 des herstellungsbedingten Dichtrings in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils einen Winkel 12, 13 der gleichgroß ist und 75° beträgt. Die Ebenen 9, 10 verlaufen parallel zueinander.
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In 2 ist der Dichtring in seinem herstellungsbedingten, nicht-verpressten Zustand gezeigt und zur besseren Anschaulichkeit in seinem Einbauraum 29 dargestellt.
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Es ist zu erkennen, dass der herstellungsbedingt konische Dichtring, bezogen auf seinen Einbauraum 29, in radialer Richtung ein Übermaß aufweist, so dass sich während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings eine Verpressung in radialer Richtung ergibt (vergl. 3).
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Die Ebenen 9, 10 sind nicht nur der Symmetrieachse 11 des Dichtrings, sondern auch der Rotationsachse der abzudichtenden Welle der Dichtungsanordnung gekippt zugeordnet, wobei die Winkel 12, 13 75° betragen.
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In 3 ist die Dichtungsanordnung während der bestimmungsgemäßen Verwendung gezeigt, wobei der Dichtring, zur besseren Verdeutlichung, im nicht-verpressten Zustand innerhalb seines Einbauraums 29 dargestellt ist.
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Die Winkel 12, 13 betragen während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings jeweils 90°. Die Ebenen 9, 10 sind also durch die einbaubedingte elastische Verformung des Dichtrings von der herstellungsbedingt konischen Form in eine im Wesentlichen zylindrische Form der Symmetrieachse 11 des Dichtrings und der Rotationsachse der abzudichtenden Welle senkrecht zugeordnet.
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Durch die Verkippung des Dichtrings von seiner herstellungsbedingten in die gebrauchsfertige Form verlagern sich auch die herstellungsbedingten Trenngrate 20, 21. Die Trenngrate 20, 21 befinden sich in jedem Fall außerhalb der jeweiligen Dichtflächen 6, 7 der Dichtbereiche 2, 3, was im Hinblick auf ein zuverlässiges Abdichtungsergebnis während einer langen Gebrauchsdauer von hervorzuhebendem Vorteil ist.
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Sowohl durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Dichtrings als auch durch das entsprechend gestaltete Werkzeug ist die Herstellung von X-förmig gestalteten Dichtringen, die große Hinterschneidungen und deshalb gute Gebrauchseigenschaften aufweisen, einfach und kostengünstig möglich. Das erste Verhältnis von größter radialer Dicke 14 radial zwischen den Dichtbereichen 1, 3; 2, 4 zu kleinster radialer Dicke 15 im Bereich der ersten Einschnürung 16 und das zweite Verhältnis von größter axialer Länge 17 axial zwischen den Dichtbereichen 1, 2; 3, 4 zu kleinster axialer Länge 18 im Bereich der zweiten Einschnürung 19 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 1,3.
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Die in 3 dargestellte Dichtungsanordnung und der Einbauraum 29 sind Bestandteil einer Kolbenpumpe in einem Kraftfahrzeug.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- radial innerer Dichtbereich, links
- 2
- radial innerer Dichtbereich, rechts
- 3
- radial äußerer Dichtbereich, links
- 4
- radial äußerer Dichtbereich, rechts
- 5
- Dichtfläche von 1
- 6
- Dichtfläche von 2
- 7
- Dichtfläche von 3
- 8
- Dichtfläche von 4
- 9
- gedachte Ebene, links
- 10
- gedachte Ebene, rechts
- 11
- Symmetrieachse des Dichtrings
- 12
- Winkel der Ebene links
- 13
- Winkel der Ebene rechts
- 14
- größte radiale Dicke zwischen 1, 3; 2, 4
- 15
- kleinste radiale Dicke von 16
- 16
- erste Einschnürung
- 17
- größte axiale Länge zwischen 1, 2; 3, 4
- 18
- kleinste axiale Länge von 19
- 19
- zweite Einschnürung
- 20
- Trenngrat von 2
- 21
- Trenngrat von 3
- 22
- Kavität
- 23
- Öffnungsrichtung des Werkzeugs
- 24
- radiale Richtung
- 25
- Trennebene
- 26
- axiale Richtung
- 27
- erste Werkzeughälfte, links
- 28
- zweite Werkzeughälfte, rechts
- 29
- Einbauraum des Dichtrings
