DE102009046975A1

DE102009046975A1 - Dichtring, insbesondere für eine hydraulische Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE102009046975A1
Application number: DE102009046975A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schuller; Daniel Gosse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-24
Also published as: BR112012012137B1; JP5926778B2; WO2011060984A1; US9109705B2; US20120279388A1; CN102656394B; EP2504610A1; BR112012012137A2; JP2014238171A; DE102009046975B4; JP2013511014A; CN102656394A

Abstract

Bei einem Dichtring (10), insbesondere für eine hydraulische Kolbenpumpe, zum Abdichten eines mit einem Fluid gefüllten Druckraums (30), bei dem eine Dichtlippe (16) mit einer Kontur (18) an einer Dichtfläche (28) anliegt und relativ zu dieser verfahrbar ist, ist die Kontur (18) der Dichtlippe (16) der Geschwindigkeit der Dichtlippe (16) relativ zur Dichtfläche (28) angepasst, so dass eine definierte Leckage des Fluids aus dem Druckraum (30) eingestellt ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Dichtring, insbesondere für eine hydraulische Kolbenpumpe, zum Abdichten eines mit einem Fluid gefüllten Druckraums, bei dem eine Dichtlippe mit einer Kontur an einer Dichtfläche anliegt und relativ zu dieser verfahrbar ist. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Dichtrings, ein Verfahren zum Herstellen einer Kolbenpumpe, eine Kolbenpumpe sowie ein Fahrzeugbremssystem.
Dichtringe für hydraulische Kolbenpumpen zum Abdichten eines mit einem Hydraulikfluid gefüllten Druckraums weisen üblicherweise eine im Wesentlichen glatte Fläche auf, die an einem in einem zylindrischen Raum ein- und ausfahrbaren Kolben anliegt. Dabei entsteht Reibung zwischen der Fläche des Dichtrings und dem Kolben, was zu einem Verschleiß des Dichtrings führt.
Aus DE 10 2006 036 442 A1 ist eine Dicht- und Führungsanordnung zur Abdichtung an einem Kolben einer Pumpe bekannt. Die Dicht- und Führungsanordnung umfasst einen Führungsring, einen Stützring und ein Dichtelement, wobei der Stützring zwischen dem Dichtelement und dem Führungsring angeordnet ist. Eine Kontaktfläche des Führungsrings zum Stützring weist zumindest einen Bereich auf, welcher außerhalb einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse des Kolbens liegt, wobei der Bereich geneigt zur Ebene angeordnet ist.
Diese Dicht- und Führungsanordnung stellt eine gute Dichtigkeit bei einer hohen Lebensdauer der Dichtung bereit, da bei Betrieb der Pumpe das Dichtelement gegen den nicht in der Ebene liegenden Bereich drückt, so dass ein radial nach innen gerichtete Kraft auf den Stützring ausgeübt wird. Somit wird verhindert, dass das Dichtelement in einen Bereich zwischen dem Stützring und dem Kolben gedrückt wird, was zu einer Beschädigung des Dichtelements und zu einer Leckage führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dichtring zur Verfügung zu stellen, der geringe Verschleißerscheinungen aufweist. Ferner soll der Dichtring keine oder eine definierte Leckage von Fluid ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein Dichtring, insbesondere für eine hydraulische Kolbenpumpe, zum Abdichten eines mit einem Fluid gefüllten Druckraums geschaffen, bei dem eine Dichtlippe mit einer Kontur an einer Dichtfläche anliegt und relativ zu dieser verfahrbar ist, und bei dem die Kontur der Dichtlippe der Geschwindigkeit der Dichtlippe relativ zur Dichtfläche angepasst ist, so dass eine definierte Leckage des Fluids aus dem Druckraum eingestellt ist.
Die hydraulische Kolbenpumpe umfasst vorteilhaft einen zylindrischen Raum, der von einer zylinderförmigen Wandung abgegrenzt ist, und einen in den zylindrischen Raum ein- und ausfahrbaren Kolben. Zwischen der zylindrischen Wandung und dem Kolben ist ein erfindungsgemäßer Dichtring angeordnet, der einen mit Fluid gefüllten Druckraum abdichtet. Beim Ausfahren des Kolbens aus dem zylindrischen Raum saugt der Kolben Fluid in den Druckraum und beim Einfahren drängt der Kolben das Fluid vom Druckraum in ein Hydrauliksystem zur Verrichtung von Arbeit.
Unter einem Fluid ist vorliegend ein Gas oder auch eine Hydraulikflüssigkeit, wie etwa eine Hydraulikflüssigkeit auf Mineralöl- oder Glycolbasis, zu verstehen.
Der erfindungsgemäße Dichtring umfasst eine Dichtlippe mit einer definierten Kontur. Die Dichtlippe liegt mit der definierten Kontur zum Abdichten des Druckraums an einer Dichtfläche an, nämlich entweder an einer äußeren Mantelfläche des Kolbens oder an einer inneren Mantelfläche der zylinderförmigen Wandung. Beim Ein- und Ausfahren des Kolbens in den bzw. aus dem zylindrischen Raum bewegen sich die Dichtlippe und die Dichtfläche relativ zueinander.
Erfindungsgemäß ist die Kontur der Dichtlippe der Geschwindigkeit der Dichtlippe relativ zur Dichtfläche derart angepasst, dass eine definierte Leckage des Fluids aus dem Druckraum eingestellt ist.
Diese Leckage kann zum einen derart eingestellt sein, dass sie einen definierten Schmierfilm an der Dichtfläche zur Verfügung stellt, so dass die Dichtfläche mit relativ wenig Reibung an der Dichtlippe vorbeigleitet, ohne dass es zu einem signifikanten Verschleiß der Dichtlippe kommt. Zum anderen kann die Leckage so gering bzw. eine Rückförderung des Fluids von der Dichtfläche in den Druckraum eingestellt sein, dass kein nennenswerter Leckageverlust auftritt, der zu funktionalen Beeinträchtigungen benachbarter Bauteile führen könnte.
Insbesondere kann die Kontur der Dichtlippe einer Geschwindigkeit angepasst sein, bei der die Einfahrgeschwindigkeit des Kolbens verschieden ist zu der Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens.
Ein bestimmtes Verhältnis von Ein- zu Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens kann über eine Asymmetrie eines den Kolben antreibenden Exzenters eingestellt sein. Ein Verhältnis, bei dem die Einfahrgeschwindigkeit größer ist als die Ausfahrgeschwindigkeit, wird eingestellt, wenn keine oder nur eine geringe Leckage bzw. eine Rückförderung des Fluids gewünscht ist. Ein Verhältnis, bei dem die Einfahrgeschwindigkeit geringer ist als die Ausfahrgeschwindigkeit wird hingegen eingestellt, wenn eine höhere Leckage, beispielsweise zur Bildung eines Schmierfilms, gewünscht ist. Die Kontur der Dichtlippe ist für jedes Verhältnis von Ein- zu Ausfahrgeschwindigkeit derart angepasst, dass eine definierte Leckage zur Verfügung gestellt ist.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dichtrings weist die Kontur mindestens einen Schenkel auf.
Bei einer derartigen Weiterbildung weist die Kontur vorzugsweise zwei Schenkel auf, wobei ein Schenkel auf einer dem Druckraum zugewandten Seite und der andere Schenkel auf einer dem Druckraum abgewandten Seite angeordnet ist. Die Schenkel bilden mit der Dichtfläche einen Winkel. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schenkel auf der dem Druckraum zugewandten Seite mit der Dichtfläche einen größeren Winkel bildet als der Schenkel auf der dem Druckraum abgewandten Seite.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dichtrings bildet ein Schenkel auf einer dem Druckraum zugewandten Seite mit der Dichtfläche einen Winkel von 55° bis 80°.
Ein Winkel von 55° bis 80° hat sich als vorteilhaft erwiesen. Mit einem relativ großen Winkel auf der dem Druckraum zugewandten Seite kann eine lange Funktionsfähigkeit und Dichtigkeit der Dichtlippe zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dichtrings bildet ein Schenkel auf einer dem Druckraum abgewandten Seite mit der Dichtfläche einen Winkel von 10° bis 25°.
Eine derartige Weiterbildung stellt auf der dem Druckraum abgewandten Seite eine Kontur zur Verfügung, die sich auch nach relativ langer Einsatzdauer der Dichtlippe nicht signifikant verändert und somit eine im Wesentlichen gleichbleibende definierte Leckage bzw. Rückförderung von Fluid gewährleistet.
Gemäß einer vierten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dichtrings weist die Kontur einen ersten gekrümmten Abschnitt mit einem Krümmungsradius von 0,02 mm bis 0,5 mm, einen zweiten, im Wesentlichen parallel zur Dichtfläche verlaufenden Abschnitt von 0,01 mm bis 1 mm und einen dritten gekrümmten Abschnitt mit einem Krümmungsradius von 0,07 mm bis 0,5 mm auf.
Diese Kontur ist zwischen zwei Schenkeln angeordnet und bildet eine Auflagefläche, die auf die Dichtfläche gepresst wird. Bei Betrieb einer Kolbenpumpe wird auf diese Auflagefläche der höchste Pressdruck ausgeübt.
Mittels dieser Weiterbildung ist eine Kontur geschaffen, die insbesondere einer Geschwindigkeit der Dichtlippe relativ zur Dichtfläche angepasst ist, bei der die Einfahrgeschwindigkeit gleich der Ausfahrgeschwindigkeit ist. Eine solche Kontur stellt eine hohe Dichtigkeit bzw. eine geringe Leckage bei langer Laufleistung der Dichtlippe zur Verfügung.
Der zweite, im Wesentlichen parallel zur Dichtfläche verlaufende Abschnitt von 0,01 mm bis 1 mm ermöglicht eine so genannte selbständige Regeneration der Dichtlippe für den Fall, dass die Dichtlippe durch etwaige Fremdpartikel im Fluid beschädigt wird.
Der dritte gekrümmte Abschnitt kann auch einen Krümmungsradius von mehr als 0,5 mm aufweisen. Die Laufleistung des Dichtrings sinkt jedoch in einem solchen Fall um diejenige Laufleistung, die ein gekrümmter Abschnitt mit einem geringeren Krümmungsradius zusätzlich zur Verfügung stellen würde.
Ferner ist denkbar, dass die Kontur über mindestens einen gekrümmten Abschnitt mit einem Krümmungsradius von 0,03 mm bis 0,5 mm verfügt, der den Schenkel auf der dem Druckraum zugewandten Seite und den Schenkel auf der dem Druckraum abgewandten Seite verbindet.
Gemäß einer fünften vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dichtrings ist die Kontur derart gestaltet, dass sie einen Radius von 0,08 mm bis 0,12 mm bildet.
Unter einem Radius ist vorliegend ein Bereich zu verstehen, der sich zwischen zwei Schenkeln erstreckt, nämlich zwischen einem Schenkel auf der dem Druckraum zugewandten Seite und einem Schenkel auf der dem Druckraum abgewandten Seite.
Bei einer derartigen Weiterbildung wird eine Dichtlippe zur Verfügung gestellt, die insbesondere bei hydraulischen Kolbenpumpen eingesetzt werden kann, die eine lange Laufleistung bzw. Standzeit der Dichtlippe erfordern. Es wird vorliegend eine im Wesentlichen gleichbleibend geringe Leckage des Fluids aus dem Druckraum gewährleistet.
Ferner ist eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtrings in einer hydraulischen Kolbenpumpe zum Erzeugen eines definierten Schmierfilms geschaffen.
Die Kontur der Dichtlippe des Dichtrings ist der Geschwindigkeit der Dichtlippe relativ zur Dichtfläche angepasst, so dass eine definierte Leckage des Fluids aus dem Druckraum eingestellt ist. Zur Erzeugung einer Leckage, die einen definierten Schmierfilm an der Dichtfläche bildet, ist die Einfahrgeschwindigkeit kleiner als die Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens. Vorliegend kann die Einfahrgeschwindigkeit um den Faktor drei kleiner sein als die Ausfahrgeschwindigkeit. In einem solchen Fall ist die Kontur der Dichtlippe derart gestaltet, dass sie zwischen einem Schenkel auf der dem Druckraum zugewandten Seite und einem Schenkel auf der dem Druckraum abgewandten Seite einen Abschnitt von 0,01 mm Länge – bzw. einen so genannten Radius von 0,01 mm – bildet.
Ferner kann die Einfahrgeschwindigkeit um den Faktor sechs kleiner sein als die Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens. Die Kontur der Dichtlippe ist in diesem Fall derart gestaltet, dass sie zwischen einem Schenkel auf der dem Druckraum zugewandten Seite und einem Schenkel auf der dem Druckraum abgewandten Seite einen Abschnitt von 0,1 mm Länge – bzw. einen so genannten Radius von 0,1 mm – bildet.
Mittels der Verwendung des erfindungsgemäßen Dichtrings in einer hydraulischen Kolbenpumpe kann ein Schmierfilm zwischen der Dichtlippe und der Dichtfläche geschaffen werden, der ein relativ reibungsarmes Hin- und Herfahren der Dichtlippe relativ zur Dichtfläche gewährleitstet. Die Abnutzung der Dichtlippe ist gering, so dass der Dichtring eine lange Standzeit aufweist. Gleichzeitig ist die Leckage des Fluids aus dem Druckraum so gering, dass funktionale Beeinträchtigungen benachbarter Bauteile vermieden werden.
Der erfindungsgemäße Dichtring kann in sämtlichen oszillierend beanspruchten Dichtungen, deren Dichtwirkung über eine Dichtlippe realisiert wird, Verwendung finden. Die Verwendung eines solchen Dichtrings erweist sich insbesondere von Vorteil, wenn hohe Anforderungen an Dichtheit und/oder Laufleistung gestellt werden.
Ferner erweist sich der Einsatz eines erfindungsgemäßen Dichtrings als vorteilhaft, wenn der Dichtring sehr eng am Kolben anliegt, insbesondere wenn eine so genannte Überpressung im Bereich von 5 bis 20% vorliegt.
Des Weiteren ist ein Verfahren zum Herstellen einer hydraulischen Kolbenpumpe geschaffen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

– Herstellen und Bereitstellen eines Dichtrings,
– Bereitstellen eines Kolbens und eines zylindrischen Raums, der von einer zylinderförmigen Wandung abgegrenzt ist,
– Einsetzen des Kolbens in den zylindrischen Raum, so dass der Kolben in dem zylindrischen Raum ein- und ausfahrbar ist,
– Einfügen des Dichtrings zwischen dem Kolben und der zylinderförmigen Wandung, so dass eine Dichtlippe des Dichtrings mit einer definierten Kontur an einer Dichtfläche anliegt und relativ zu dieser verfahren werden kann, so dass ein mit einem Fluid gefüllter Druckraum abgedichtet wird.

Erfindungsgemäß wird beim Herstellen des Dichtrings die Kontur so angepasst, dass sich bei einer Einfahrgeschwindigkeit des Kolbens, die kleiner ist als die Ausfahrgeschwindigkeit, eine bestimmte Schmierfilmdicke an Fluid zwischen der Dichtlippe und der Dichtfläche bildet.
Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Schmierfilmdicke hinreichend groß ist, so dass die Dichtlippe und die Dichtfläche relativ reibungslos aneinander vorbeigleiten können. Eine Abnutzung der Dichtlippe wird somit minimiert und die Lebensdauer optimiert. Ferner ist die Leckage des aus dem Druckraum austretenden Fluids bei Gebrauch der hydraulischen Hubkolbenpumpe so gering, dass keine funktionalen Beeinträchtigungen an benachbarten Bauteilen auftreten.
Darüber hinaus ist eine Kolbenpumpe mit einem erfindungsgemäßen Dichtring geschaffen.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe umfasst einen zylindrischen Raum, der von einer zylinderförmigen Wandung abgegrenzt ist. In dem zylindrischen Raum ist ein Kolben ein- und ausfahrbar angeordnet. Ein Dichtring mit einer Dichtlippe und einer definierten Kontur ist zwischen dem Kolben und der zylinderförmigen Wandung angeordnet und dichtet einen mit einem Fluid gefüllten Druckraum gemäß den oben erörterten Merkmalen ab.
Ferner ist ein Fahrzeugbremssystem mit einer Kolbenpumpe mit einem erfindungsgemäßen Dichtring geschaffen.
Ein derartiges Fahrzeugbremssystem kann beispielsweise ein Bremssystem mit hydraulischer Bremsmodulationseinheit, ein Anti-Blockier-System (ABS) oder auch ein elektronisches Stabilisierungsprogramm (ESP) sein. Bei solchen Bremssystemen ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Leckage einer Kolbenpumpe einen definierten Wert aufweist bzw. ein definierter Schmierfilm an der Dichtfläche aufgetragen ist, um eine optimale Funktion des Bremssystems bei einer langen Laufleistung zur Verfügung zu stellen. Ferner darf die Leckage bei Fahrzeugbremssystemen keinen zu hohen Wert aufweisen, damit funktionale Beeinträchtigungen an benachbarten Bauteilen verhindert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Dichtring,
2 den Querschnitt II-II gemäß 1,
3 den vergrößerten Ausschnitt III in 2,
4 den vergrößerten Ausschnitt IV in 3,
5 ein Diagramm, das eine Schmierfilmdickendifferenz unter Änderung der Einfahrgeschwindigkeit bei konstanter Ausfahrgeschwindigkeit veranschaulicht, und
6 ein Diagramm, das den Verschleiß der Dichtlippe unter Änderung der Laufleistung veranschaulicht.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Dichtring 10 mit einer inneren Mantelfläche 12 und einer äußeren Mantelfläche 14. An der inneren Mantelfläche 12 weist der Dichtring 10 eine Dichtlippe 16 mit einer definierten Kontur 18 auf (vgl. 2).
2 zeigt den Dichtring 10, der zwischen einer zylindrischen Wandung 20 eines zylindrischen Raums und einem Kolben 22 einer hydraulischen Kolbenpumpe angeordnet ist. Der Dichtring 10 liegt mit seiner äußeren Mantelfläche 14 an einer inneren Mantelfläche 24 zylindrischen Wandung 20 und mit der definierten Kontur 18 der Dichtlippe 16 an einer äußeren Mantelfläche 26 des Kolbens 22 an. Der Kolben 22 ist innerhalb des zylindrischen Raums ein- und ausfahrbar gestaltet und bildet an einer Berührungsfläche zwischen der Dichtlippe 16 und seiner äußeren Mantelfläche 26 eine Dichtfläche 28, die relativ zu der Dichtlippe 16 des Dichtrings 10 verfahrbar ist. Der Dichtring 10 dichtet vorliegend einen mit einem Fluid gefüllten Druckraum 30 ab.
Die Kontur 18 der Dichtlippe 16 ist vorliegend der Geschwindigkeit der Dichtlippe 16 relativ zur Dichtfläche 28 angepasst, so dass eine definierte Leckage des Fluids aus dem Druckraum 30 eingestellt ist.
In 3 ist die Kontur 18 der Dichtlippe 16 veranschaulicht. Die Kontur 18 umfasst zwei Schenkel 32, 34, wobei einer der Schenkel 32 auf einer dem Druckraum 30 zugewandten Seite und der andere Schenkel 34 auf einer dem Druckraum 30 abgewandten Seite angeordnet ist. Die beiden Schenkel 32, 34 bilden in einem Scheitelpunkt, in dem sie zusammentreffen, einen Bereich 36. Dieser Bereich 36 bildet die Berührungsfläche zwischen der Dichtlippe 16 und der äußeren Mantelfläche 26 des Kolbens 22 bzw. definiert die Dichtfläche 28. Der Schenkel 32 auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite bildet vorliegend mit der Dichtfläche 28 einen Winkel α von ca. 55° bis ca. 80°. Der Schenkel 34 auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite bildet hingegen mit der Dichtfläche 28 einen Winkel β von ca. 10° bis ca. 25°.
Der Dichtring 10 ist vorliegend mit einem optischen Merkmal zur vereinfachten Unterscheidung der Schenkel 32, 34 bzw. der Winkel α, β versehen. Dieses optische Merkmal kann eine bestimmte Farbe, eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit oder auch eine Beschriftung sein.
Die Gesamtbreite des Dichtrings 10 beträgt das 0,1- bis 3-fache des Kolbenhubs.
Die erfindungsgemäße Kontur 18 der Dichtlippe 16 kann im Neuzustand des Dichtrings 10 realisiert sein oder erst durch Einwirken von Kräften durch benachbarte Bauteile eingestellt werden.
In 4 ist der Bereich 36 dargestellt. Die Kontur 18 der Dichtlippe 16 weist von links nach rechts aufeinanderfolgend betrachtet in diesem Bereich 36 einen ersten Abschnitt 38, einen zweiten Abschnitt 40 und einen dritten Abschnitt 42 auf. Der erste Abschnitt 38 ist vorliegend hinsichtlich der Dichtfläche 28 konvex gekrümmt mit einem Krümmungsradius von ca. 0,02 mm bis 0,5 mm, der zweite Abschnitt 40 verläuft im Wesentlichen parallel zur Dichtfläche 28 von ca. 0,01 mm bis ca. 1 mm Länge und der dritte Abschnitt 42 ist hinsichtlich der Dichtfläche 28 konvex gekrümmt mit einem Krümmungsradius von ca. 0,07 mm bis 0,5 mm.
Diese Kontur 18 der Dichtlippe 16 ist für den Betriebsfall angepasst, dass die Einfahrgeschwindigkeit des Kolbens 22 gleich der Ausfahrgeschwindigkeit ist und gewährleistet an der Dichtfläche 28 eine hohe Dichtigkeit über eine lange Laufleistung des Dichtrings 10 ohne signifikante Leckage während des Einfahrens des Kolbens 22 in den zylindrischen Raum. Der zweite Abschnitt 40, der im Wesentlichen parallel zur Dichtfläche 28 verläuft, ermöglicht ein so genanntes Regenerieren der Dichtlippe 16, wenn die Kontur 18 durch etwaige Fremdpartikel in diesem Abschnitt 40 beschädigt wird.
Der Dichtring 10 wird bei Kolbenpumpen für Fahrzeugbremssysteme, wie Bremssysteme mit hydraulischer Bremsmodulationseinheit, ABS- oder ESP-Systeme, eingesetzt.
5 zeigt ein Diagramm mit zwei Achsen, wobei auf der vertikalen y-Achse eine Schmierfilmdickendifferenz in nm und auf der horizontalen x-Achse eine Einfahrgeschwindigkeit des Kolbens 22 in den zylindrischen Raum in mm/s aufgetragen ist.
Unter einer Schmierfilmdickendifferenz ist die Dicke des Schmierfilms zu verstehen, der beim Einfahren des Kolbens 22 in den zylindrischen Raum nicht an der dem Druckraum 30 gegenüberliegenden Seite abgestreift wird, sondern in den Druckraum 30 zurückgefördert wird. Die Schmierfilmdickendifferenz ist also die Differenz von ausgefördertem Schmierfilm und Leckage, und demnach ein Maß für die Rückförderung von Fluid zwischen dem Ein- und Ausfahrvorgang des Kolbens 22.
Das Diagramm gemäß 5 gibt für vier Dichtlippen 10 mit unterschiedlichen Konturen 18 die zugehörige Schmierfilmdickendifferenz bei einer Änderung der Einfahrgeschwindigkeit des Kolbens 22 wieder. Dabei ist die Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens 22 immer gleich 300 nm/s und es besteht ein Differenzdruck von 20 Mpa zwischen dem Druckraum 30 und der dem Druckraum 30 abgewandten Seite.
Eine Kurve 44 bezieht sich auf eine Dichtlippe 16 mit zwei Schenkeln 32, 34, die mit der Dichtfläche 28 unterschiedliche Winkel α, β bilden. Der Winkel α zwischen dem Schenkel 32, der auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite angeordnet ist, und der Dichtfläche 28 beträgt vorliegend ca. 55° bis 80°. Der Winkel β zwischen dem Schenkel 34, der auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite angeordnet ist, und der Dichtfläche 28 beträgt hingegen ca. 10° bis 25°.
Eine Kurve 46 bezieht sich auf die Dichtlippe 16 gemäß Kurve 44, wobei die Dichtlippe 16 ca. 810 km Fahrleistung durchlaufen hat. Die Dichtlippe 16 weist nach ca. 810 km Fahrleistung einen derartigen Verschleiß auf, dass der s. g. Radius, also der Abschnitt zwischen dem Schenkel 32 auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite und dem Schenkel 34 auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite, 0,1 mm beträgt.
Eine Kurve 48 bezieht sich auf die Dichtlippe 16 gemäß Kurve 44, wobei die Dichtlippe 16 ca. 300 km Fahrleistung durchlaufen hat. Die Dichtlippe 16 weist nach ca. 300 km Fahrleistung einen derartigen Verschleiß auf, dass der s. g. Radius, also der Abschnitt zwischen dem Schenkel 32 auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite und dem Schenkel 34 auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite, 0,01 mm beträgt.
Eine Kurve 50 bezieht sich auf die Dichtlippe 16 gemäß Kurve 44, wobei die Dichtlippe 16 ca. 200 km Fahrleistung durchlaufen hat. Die Dichtlippe 16 weist nach ca. 200 km Fahrleistung einen derartigen Verschleiß auf, dass der s. g. Radius, also der Abschnitt zwischen dem Schenkel 32 auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite und dem Schenkel 34 auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite, 0,003 mm beträgt.
In 6 ist ein Diagramm dargestellt, das die Veränderung der Kontur 18 der Dichtlippe 16 gemäß 5 über die verschiedenen Fahrleistungen wiedergibt. Auf der vertikalen y-Achse ist der s. g. Radius, also der Abschnitt zwischen dem Schenkel 32 auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite und dem Schenkel 34 auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite, und auf der horizontalen x-Achse die Kontur 18 über ihr Längenprofil schematisch aufgetragen.
Eine Kurve 52 veranschaulicht die Kontur 18 im Neuzustand gemäß der Kurve 44 in 5. Eine Kurve 54 veranschaulicht die Kontur 18 nach 200 km Laufleistung gemäß Kurve 50 in 5. Eine Kurve 56 veranschaulicht die Kontur 18 nach 300 km Laufleistung gemäß Kurve 48 in 5. Eine Kurve 58 veranschaulicht die Kontur 18 nach 400 km Laufleistung und die Kurve 60 die Kontur 18 nach 810 km Laufleistung gemäß Kurve 46 in 5.
Gemäß Kurve 44 in 5 ist bei einer Einfahrgeschwindigkeit, die gleich der Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens 22 ist, nämlich bei 300 mm/s, eine positive Schmierfilmdickendifferenz, also eine Rückführung von Fluid, in Höhe von 35 nm eingestellt.
Nach einer Laufleistung der Dichtlippe 18 von 300 km (vgl. Kurve 56 in 6) verschleißt die Kontur 18 der Dichtlippe 16 auf einen s. g. Radius von ca. 0,01 mm. Hierdurch sinkt die Schmierfilmdickendifferenz auf ca. 6 nm, das heißt, bei einem solchen Verschleiß ist nur noch 1/7 der ursprünglichen Rückförderung an Fluid vorhanden (vgl. Kurve 48 in 5).
Bei einer Laufleistung des Dichtrings 10 von ca. 800 km nimmt der s. g. Radius auf 0,1 mm zu oder durch den Verschleiß wird parallel zur Dichtfläche 28 ein ca. 0,02 bis 1 mm langer Abschnitt 40 gebildet (vgl. Kurve 60 in 6). Hierbei steigt die Schmierfilmdickendifferenz überraschenderweise wieder auf einen Wert in Höhe von 30 nm, also auf ca. 6/7 des Ursprungswertes (vgl. Kurve 46 in 5).
Der anfängliche Effekt, bei dem zunächst bei einer Laufleistung von 300 km die Schmierfilmdickendifferenz abnimmt, ist auf eine Änderung des Winkels α, der vom Schenkel 32 und der Dichtfläche 28 auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite eingeschlossen ist, zurückzuführen. Der erneute Anstieg der Schmierfilmdickendifferenz auf ca. 30 nm nach ca. 810 km Laufleitung ist hingegen auf die Erhöhung des s. g. Radius von 0,01 mm auf 0,1 mm zurückzuführen. Diese Radiuszunahme sorgt für eine höhere Rückförderung des Fluids.
Die Änderung der Kontur 18 bzw. der Verschleiß der Dichtlippe 16 erfolgt im Wesentlichen an dem Bereich 36, an dem die Schenkel 32, 34 zusammentreffen. Insbesondere ändert sich der Winkel α, der vom Schenkel 32 und der Dichtfläche 28 auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite gebildet ist. Der Winkel β, der vom Schenkel 34 und der Dichtfläche 28 auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite gebildet ist, ändert sich während des Verschleißes der Dichtlippe 16 nicht signifikant (vgl. Kurven 52, 56, 60 in 6).
Ferner ist in 5 die Einstellung einer gewünschten Leckage für Schmierungszwecke – eine negative Schmierfilmdickendifferenz – dargestellt. Zur Erzielung einer definierten Leckage ist die Einfahrgeschwindigkeit kleiner als die Ausfahrgeschwindigkeit des Kolbens 22 eingestellt. Bei einer um einen Faktor drei kleineren Einfahrgeschwindigkeit als die Ausfahrgeschwindigkeit werden negative Schmierfilmdickendifferenzen bereits bei einem s. g. Radius, also einem Abschnitt zwischen dem Schenkel 32 auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite und dem Schenkel 34 auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite, von ca. 0,01 mm bewerkstelligt (vgl. Kurve 48). Bei einer um einen Faktor sechs kleineren Einfahrgeschwindigkeit als die Ausfahrgeschwindigkeit werden negative Schmierfilmdickendifferenzen hingegen erst bei einem s. g. Radius, also einem Abschnitt zwischen dem Schenkel 32 auf der dem Druckraum 30 zugewandten Seite und dem Schenkel 34 auf der dem Druckraum 30 abgewandten Seite, von ca. 0,1 mm erreicht (vgl. Kurve 46).
Die oben angegebenen Beispielswerte sind abhängig von diversen Parametern, wie einem Hubweg des Kolbens 22 innerhalb des zylindrischen Raums, einer Oberflächenbeschaffenheit des Kolbens 22, Temperaturbedingungen, einer Fluidart sowie von verwendeten Materialen, und werden von diesen Parameter beeinflusst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006036442 A1 [0003]

Claims

Dichtring (10), insbesondere für eine hydraulische Kolbenpumpe, zum Abdichten eines mit einem Fluid gefüllten Druckraums (30), bei dem eine Dichtlippe (16) mit einer Kontur (18) an einer Dichtfläche (28) anliegt und relativ zu dieser verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (18) der Dichtlippe (16) der Geschwindigkeit der Dichtlippe (16) relativ zur Dichtfläche (28) angepasst ist, so dass eine definierte Leckage des Fluids aus dem Druckraum (30) eingestellt ist.
Dichtring (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (18) mindestens einen Schenkel (32, 34) aufweist.
Dichtring (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schenkel (32) auf einer dem Druckraum (30) zugewandten Seite mit der Dichtfläche (28) einen Winkel (α) von 55° bis 80° bildet.
Dichtring (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schenkel (34) auf einer dem Druckraum (30) abgewandten Seite mit der Dichtfläche (28) einen Winkel (β) von 10° bis 25° bildet.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (18) einen ersten gekrümmten Abschnitt (38) mit einem Krümmungsradius von 0,02 mm bis 0,5 mm, einen zweiten, im Wesentlichen parallel zur Dichtfläche verlaufenden Abschnitt (40) von 0,01 mm bis 1 mm und einen dritten gekrümmten Abschnitt (42) mit einem Krümmungsradius von 0,07 mm bis 0,5 mm aufweist.
Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (18) derart gestaltet ist, dass sie zwischen zwei Schenkeln einen Abschnitt von 0,08 mm bis 0,12 mm Länge bildet.
Verwendung eines Dichtrings (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einer hydraulischen Kolbenpumpe zum Erzeugen eines definierten Schmierfilms.
Verfahren zum Herstellen einer hydraulischen Kolbenpumpe mit den Schritten: – Herstellen und Bereitstellen eines Dichtrings (10), – Bereitstellen eines Kolbens (22) und eines zylindrischen Raums, der von einer zylinderförmigen Wandung (20) abgegrenzt ist, – Einsetzen des Kolbens (22) in den zylindrischen Raum, so dass der Kolben (22) in dem zylindrischen Raum ein- und ausfahrbar ist, – Einfügen des Dichtrings (10) zwischen dem Kolben (22) und der zylinderförmigen Wandung (20), so dass eine Dichtlippe (16) des Dichtrings (10) mit einer Kontur (18) an einer Dichtfläche (28) anliegt und relativ zu dieser verfahren werden kann, so dass ein mit einem Fluid gefüllter Druckraum (30) abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen des Dichtrings (10) die Kontur (18) so angepasst wird, dass sich bei einer Einfahrgeschwindigkeit des Kolbens (22), die kleiner ist als die Ausfahrgeschwindigkeit, eine bestimmte Schmierfilmdicke an Fluid zwischen der Dichtlippe (16) und der Dichtfläche (28) bildet.
Kolbenpumpe mit einem Dichtring (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Fahrzeugbremssystem mit einer Kolbenpumpe nach Anspruch 9.