DE102009025720A1

DE102009025720A1 - Dichtring für eine Druckkolbenanordnung

Info

Publication number: DE102009025720A1
Application number: DE102009025720A
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-06-20
Filing date: 2009-06-20
Publication date: 2010-12-23

Abstract

Es wird ein Dichtring zur Verwendung in einer Druckkolbenanordnung mit mindestens einer umlaufenden Dichtlippe (14) bereitgestellt, wobei die Dichtlippe (14) entlang der Erstreckung der Dichtlippe (14) eine kontinuierlich gekrümmte Form aufweist. Außerdem wird eine Druckkolbenanordnung mit mindestens einem Druckkolben (11) und mindestens einem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgeführten Dichtring (12) bereitgestellt, wobei der mindestens eine Dichtring (12) auf dem mindestens einen Druckkolben (11) fixiert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dichtring mit einer umlaufenden Dichtlippe, insbesondere einen Dichtring mit mindestens einer umlaufenden Dichtlippe für eine Druckkolbenanordnung.
Hintergrund der Erfindung
In konventionellen Druckkolbenanordnungen, die in der Regel in Automatikgetrieben oder in Doppelkupplungsgetrieben eingesetzt werden, finden regelmäßig Dichtringe Verwendung, die an einem Druckkolben der Druckkolbenanordnung angeordnet sind und mit mindestens einer Dichtlippe eine Oberfläche eines relativ zu dem Druckkolben bewegbaren, angrenzenden Bauteils beaufschlagen. Der Dichtring ist hierbei beispielsweise auf einem Außendurchmesser des Druckkolbens angeordnet, wobei die Dichtlippe an einem Innendurchmesser des angrenzenden Bauteils anliegt und somit einen Spalt zwischen den Druckkolben und dem angrenzenden Bauteil abdichtet. Die mindestens eine Dichtlippe ist Bestandteil des Dichtrings und weist in ihrer bisherigen Ausführungsform einen Querschnitt auf, der einen annähernd linearen Zusammen hang zwischen einer Vorspannkraft und einem Vorspannweg definiert. Dieser Zusammenhang bewirkt eine linear ansteigende Steifigkeit der Dichtlippe, die beispielsweise durch eine konische Querschnittsform der Dichtlippe erzielt wird, so dass eine Dichtkraft der Dichtlippe bei zunehmender Verformung durch eine linear ansteigende Rückstellkraft der Dichtlippe bereitgestellt wird.
Aufgrund dieser Abhängigkeit der Rückstellkraft von dem Vorspannweg und der daraus resultierenden Druckkraft wirken sich Toleranzen des angrenzenden Bauteils, des Druckkolbens sowie des Dichtrings unmittelbar und in hohem Maße auf die Dichtwirkung des Dichtrings bzw. der Dichtlippe aus.
Dies hat zur Folge, dass aufgrund der Toleranzen keine definierte Dichtkraft der Dichtlippe bereitgestellt werden kann und starke Schwankungen der Dichtkraft in Abhängigkeit von den jeweiligen Toleranzen auftreten können.
Auf gleiche Weise wirken sich Verformungen der Bauteile aus, wie sie beispielsweise bei einer Montage auftreten können. So kann eine Montage eines Trägerelements zur Halterung des Dichtrings auf dem Druckkolben zu einer Verformung des Druckkolbens führen, die sich, wie voranstehend beschrieben, auf den Dichtring und dessen Dichtkraft auswirkt. Aber auch durch die auf den Dichtring wirkende Fliehkraft kann eine Druckkraft hervorgerufen werden, die einen Einfluss auf die Dichtkraft der Dichtlippe bewirkt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring bereitzustellen, der einen Einfluss von Fertigungstoleranzen auf die Dichtkraft des Dichtrings reduziert. Des weiteren soll ebenfalls ein Einfluss der Fliehkraft auf die Dichtkraft reduziert werden. Hierdurch kann eine Erhöhung der Dichtwirkung und eine verbesserte Betätigung des Druckkolbens sowie eine hiermit verbundene Kostenreduzierung bewirkt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Dichtring nach Anspruch 1 gelöst.
Hierbei wird ein Dichtring zur Verwendung in einer Druckkolbenanordnung mit mindestens einer umlaufenden Dichtlippe bereitgestellt, wobei die Dichtlippe entlang der Erstreckung der Dichtlippe eine kontinuierlich gekrümmte Form aufweist.
Außerdem kann ein Querschnitt der Dichtlippe zu einem von dem Dichtring abgewandten äußeren Ende der Dichtlippe entlang einer Erstreckung der Dichtlippe verjüngend ausgebildet sein.
Demnach weist der Dichtring mindestens eine Dichtlippe auf, die Bestandteil des Dichtrings ist und die optional zu ihrem äußeren Ende verjüngt ausgeführt sein kann. Dies bedeutet, dass sich eine Breite der Dichtlippe entlang der Erstreckung bzw. der Länge der Dichtlippe verkleinert. Somit nähern sich die entgegengesetzten Seitenwände bzw. Flanken der Dichtlippe entlang ihrer Erstreckung einander an.
Im Bereich des äußeren Endes der Dichtlippe schließt sich eine Spitze an die Seitenwände an, die beispielsweise als Kontaktfläche zur Beaufschlagung eines angrenzenden Bauteils ausgebildet ist.
Unter der genannten kontinuierlich gekrümmten Form ist eine Geometrie der Dichtlippe zu verstehen, die einen nicht linearen Verlauf ihrer Seitenflächen aufweist. Mathematisch ausgedrückt bedeutet dies, dass in einem radialen Querschnitt die Seitenwände der Dichtlippe jeweils eine Kurve beschreiben, deren zweifache örtliche Ableitung nicht Null ist. Dieser gebogene Verlauf lässt sich mathematisch auch als konkave Funktion f(x) beschreiben, wobei eine Ableitung f'(x) mit zunehmenden Werten für x abnimmt. Ein entsprechendes Koordinatensystem (x, y) ist in 2 dargestellt, wobei die x-Achse in radialer Richtung nach außen weist und die y-Achse in axialer Richtung des Dichtrings bzw. der Druckkolbenanordnung gerichtet ist, so dass sich der folgende Zusammenhang zur Beschreibung der konkaven Krümmung ergibt: f'(x1) ≥ f'(x2), mit x1 < x2.
Auch kann der Krümmungsverlauf in dem genannten Koordinatensystem als degressiver Verlauf bezeichnet werden. Die kontinuierlich gekrümmte Form der Dichtlippe kann somit auch synonym als konkave Form bezeichnet werden.
Im Falle einer mechanischen Beanspruchung wird die Dichtlippe durch die beschriebene Dichtlippengeometrie bzw. die gekrümmte Form der Dichtlippe derart abgefangen, dass sich die Dichtlippe im Bereich der Krümmung verformt und somit die Verformungsenergie auffängt. Auf diese Weise können Verformungen der Dichtlippe aufgrund von Toleranzen der angrenzenden Bauteile oder Druckkräfte ausgeglichen werden, so dass die Vorspannkraft des Dichtrings bzw. der Dichtlippe dadurch weniger abhängig von den jeweiligen Fertigungstoleranzen ist.
Die Kontinuität der gekrümmten Form der Dichtlippe ist dahingehend zu verstehen, dass sich die gekrümmte Form entlang der Seitenwände erstreckt, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Die Spitze der Dichtlippe selbst ist hierbei nicht zwingend umfasst. Diese ist vielmehr an entsprechende Anforderungen zur Beaufschlagung des angrenzenden Bauteils anzupassen, so dass eine Fortsetzung bzw. Kontinuität der gekrümmten Form auf die Spitze hierunter nicht erfolgen muss. Vielmehr kann die Spitze andere Formen und Biegungen aufweisen. Die Kontinuität der gekrümmten Form der Dichtlippe bzw. der Seitenwände ist daher auch dann als gegeben anzusehen, wenn im Bereich der Spitze eine abweichende Form vorliegt.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die kontinuierlich gekrümmte Form durch mindestens einen Radius definiert.
Dies bedeutet, dass in einem radialen Querschnitt der Dichtlippe der Verlauf mindestens einer Seitenwand zumindest abschnittsweise durch einen Radius definiert ist. Daher weist die Seitenwand die Form eines Kreissegments auf, so dass ihre Krümmung entlang ihrer Erstreckung konstant ist. Weisen beide Seitenwände jeweils die Form eines Kreissegments auf, so können die jeweiligen Radien unterschiedliche Werte aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die kontinuierlich gekrümmte Form durch mindestens einen logarithmischen Verlauf definiert. Im Gegensatz zu der voranstehend beschriebenen Form eines Kreissegments liegt bei dem logarithmischen Verlauf keine konstante Krümmung entlang der Erstreckung der Dichtlippe vor.
Es versteht sich, dass unter der kontinuierlich gekrümmten Form neben der Form des Radius oder dem logarithmischen Verlauf ebenso jede andere Krümmungsform vorgesehen werden kann, die einen konkaven Verlauf der Seitenwände erlaubt. Insbesondere kann sich die Krümmung entlang der Erstreckung der Dichtlippe unter Beachtung der Konkavität verändern.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform umfasst der Dichtring mindestens eine Ausnehmung zum Eingriff eines Trägerelements.
Demnach kann ein Trägerelement vorgesehen werden, um den Dichtring an dem Druckkolben zu fixieren. Hierzu kann an dem Dichtring eine oder mehrere Ausnehmungen vorgesehen sein, in die das entsprechend ausgeführte Trägerelement eingreift. Die Ausnehmung kann beispielsweise auch als eine an dem Dichtring umlaufende Nut ausgeführt sein, in die das Trägerelement einschnappend eingreift.
Mittels des Eingriffs des Trägerelements kann der Dichtring beispielsweise als loses Bauteil ausgeführt werden, so dass dieser nicht auf dem Druckkolben aufvulkanisiert werden muss. Hierdurch lassen sich aufwendige Vorbereitungsschritte für das Vulkanisieren, wie beispielsweise ein Beschichten des Druck kolbens vor dem Vulkanisieren, vermeiden. Neben einer Reduzierung des Arbeitsaufwands und der Kosten kann auf diese Weise eine höhere Prozesssicherheit erzielt werden.
Darüber hinaus bietet die Verwendung eines Trägerelements die Möglichkeit, den Dichtring derart zu fixieren, dass ein Einfluss der Fliehkraft des Dichtrings auf die Dichtlippe und somit ein Einfluss auf die Dichtkraft reduziert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt dabei
1 einen radialen Querschnitt einer Druckkolbenanordnung mit einem Dichtring gemäß der Beschreibung,
2 einen radialen Querschnitt eines Dichtrings gemäß der Beschreibung und
3 eine beispielhafte Ausführungsform eines Dichtrings gemäß der Beschreibung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen radialen Querschnitt einer Druckkolbenanordnung 10 mit einem Dichtring 12 gemäß der Beschreibung. Diese umfasst einen Druckkolben 11 und einen hieran fixierten Dichtring 12. In der dargestellten Ausführungsform ist der Dichtring 12 mittels eines Trägerelements 13 an dem Druckkolben 11 fixiert. Hierzu greift das Trägerelement 13 in eine Ausnehmung 15 des Dichtrings 12 ein, wodurch eine Fixierung des Dichtrings 12 in radialer Richtung der Druckkolbenanordnung erfolgt und Einflüsse der Fliehkraft auf den Dichtring 12 reduziert werden können. Dies hat zur Folge, dass ein Druck des Dichtrings 12 auf eine Dichtlippe 14 des Dichtrings 12 reduziert wird. Die Ausnehmung 15 ist an einer seitlichen Wandung des Dichtrings 12 angeordnet und kann sich beispielsweise als umlaufende Nut in Umfangsrichtung entlang des Dichtrings 12 erstrecken. Selbstverständlich kann der Dichtring 12 aber auch an dem Druckkolben 11 anvulkanisiert sein, so dass kein Trägerelement 13 erforderlich ist (nicht dargestellte Ausführungsform).
2 zeigt einen radialen Querschnitt eines Dichtrings 12 gemäß der Beschreibung. Wie bereits in 1 beschrieben, umfasst der Dichtring 12 die Dichtlippe 14 sowie die Ausnehmung 15. Die Dichtlippe 14 weist einen sich entlang ihrer Erstreckung E in Richtung der Spitze S verjüngenden Verlauf auf. Demnach reduziert sich entlang der Erstreckung E eine Breite der Dichtlippe 14. Folglich nähern sich zwei, die Dichtlippe seitlich begrenzenden Seitenwände 14a, 14b einander an. Darüber hinaus weist die Dichtlippe 14 entlang ihrer Erstreckung eine kontinuierlich gekrümmte Form auf. Daher weisen die beiden Seitenwände 14a, 14b der Dichtlippe 14 einen gebogenen Verlauf auf, der sich mathematisch bspw. jeweils als konkave Funktion f(x) beschreiben lässt, wobei eine Ableitung f'(x) mit zunehmenden Werten für x abnimmt. Ein entsprechendes Koordinatensystem (x, y) ist in 2 gestrichelt dargestellt, wobei die x-Achse in radialer Richtung nach außen weist und die y-Achse in axialer Richtung des Dichtrings bzw. der Druckkolbenanordnung gerichtet ist, so dass sich der folgende allgemeine Zusammenhang zur Beschreibung der konkaven Krümmung ergibt: f'(x1) ≥ f'(x2), mit x1 < x2.
Auch kann der Krümmungsverlauf in dem genannten Koordinatensystem als degressiver Verlauf bezeichnet werden.
Die Funktion zur Beschreibung des Verlaufs der Seitenwände 14a, 14b kann eine Kreisfunktion darstellen, so dass die Seitenwände 14a, 14b die Form eines Kreissegments aufweisen. Darüber hinaus sind aber auch andere zumindest abschnittsweise konkave Funktionen möglich. Selbstverständlich können insbesondere im Bereich der Spitze S andere Formen und Biegungen vorgesehen sein, um die Form der Spitze S an die vorgesehenen Funktionen des Dichtrings bzw. der Dichtlippe anzupassen. Die Kontinuität der gekrümmten Form der Seitenwände ist daher auch dann als gegeben zu verstehen, wenn im Bereich der Spitze eine hiervon abweichende Form vorliegt.
3 zeigt eine rein beispielhafte Ausführungsform des Dichtrings 12 gemäß der Beschreibung zu 2, in der einzelne Größenverhältnisse und Maße mittels Doppelpfeilen gekennzeichnet sind. Als Bezugsgröße dient ein Radius R, der die gekrümmte Form bzw. den gekrümmten Verlauf der ersten Seitenwand 14a definiert, so dass die Seitenwand 14a die Form eines Kreissegments aufweist. Ein Mittelpunkt M, des Kreissegments weist demnach einen axialen Abstand 31 von 1,012 R bezüglich der Spitze S der Dichtlippe 14 auf. Ein radialer Abstand 32 des Mittelpunkts M, zu einer radialen Oberkante 16 des Dichtrings 12 beträgt 0,486 R.
Ein entsprechender Mittelpunkt M₂ eines Kreissegments, das die Form der zweiten Seitenwand 14b beschreibt, weist einen axialen Abstand 33 von 0,903 R zu der Spitze S sowie einen radialen Abstand 34 von 0,873 R bezüglich der voranstehend genannten Oberkante 16 auf. Der zugehörige Radius 35 beträgt 0,873 R. Ein radialer Abstand 36 der Spitze S bezüglich der radialen Oberkante 16 beträgt 0,526 R. Des weiteren weisen die Seitenwände 14a, 14b an ihren äußeren Enden im Bereich der Spitze S Tangentensteigungen 38, 39 von 70° (Seitenwand 14a) und 48° (Seitenwand 14b) bezüglich der axialen Richtung des Dichtrings auf, bevor sich im weiteren Verlauf der Dichtlippe 14 die Spitze S mit einer hiervon abweichenden. Krümmung anschließt, die entgegengesetzt zu den Krümmungen der Seitenwände 14a, 14b ausgebildet ist. Darüber hinaus weist die verbleibende Wandstärke des Dichtrings 12 im Bereich der Ausnehmung 15 einen Wert 40 von 0,587 R auf.

10: Druckkolbenanordnung
11: Druckkolben
12: Dichtring
13: Trägerelement
14: Dichtlippe
14a: erste Seitenwand der Dichtlippe
14b: zweite Seitenwand der Dichtlippe
15: Ausnehmung
16: radiale Oberkante des Dichtrings
31: Bemaßung
32: Bemaßung
33: Bemaßung
34: Bemaßung
35: Bemaßung
36: Bemaßung
37: Bemaßung
38: Bemaßung
39: Bemaßung
40: Bemaßung
E: Erstreckung der Dichtlippe
M₁: Mittelpunkt des Kreissegments
M₂: Mittelpunkt des zweiten Kreissegments
R: Radius
S: Spitze

Claims

Dichtring zur Verwendung in einer Druckkolbenanordnung mit mindestens einer umlaufenden Dichtlippe (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (14) entlang der Erstreckung der Dichtlippe (14) eine kontinuierlich gekrümmte Form aufweist.
Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt der Dichtlippe (14) zu einem von dem Dichtring (12) abgewandten äußeren Ende der Dichtlippe (14) entlang einer Erstreckung der Dichtlippe (14) verjüngend ausgebildet ist.
Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierlich gekrümmte Form durch mindestens einen Radius (R) definiert ist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierlich gekrümmte Form durch mindestens einen logarithmischen Verlauf definiert ist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (12) mindestens eine Ausnehmung (15) zum Eingriff eines Trägerelements (13) umfasst.
Druckkolbenanordnung mit mindestens einem Druckkolben (11) und mindestens einem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführten Dichtring (12), dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dichtring (12) auf dem mindestens einen Druckkolben (11) fixiert ist.
Druckkolbenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dichtring (12) an dem mindestens einen Druckkolben (11) zur Fixierung anvulkanisiert ist.
Druckkolbenanordnung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dichtring (12) an dem mindestens einen Druckkolben (11) mittels eines Trägerelements (13) fixiert ist.