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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft elastische, fluiddichte Dichtungen
für rotierende
Wellen, verschiebbare Kolben und dergleichen, und spezieller elastische,
fluiddichte Dichtungen mit Rippen, die einem Rollen und einer Verformung,
wie sie während einer
Montage typischerweise auftreten und die Unversehrtheit und Lebensdauer
der Dichtung gefährden
können,
standhalten.
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HINTERGRUND
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Die
Angaben in diesem Abschnitt liefern lediglich auf die vorliegende
Offenbarung bezogene Hintergrundinformation und können den
Stand der Technik darstellen oder auch nicht.
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Eine
große
Vielfalt mechanischer Vorrichtungen, wie beispielsweise Motoren,
Maschinen, Getriebe, Ventile, Aktuatoren und Hydraulikbauteile erfordern
elastische Dichtungen, entweder um Fremdstoffe auszuschließen, Flüssigkeiten,
wie beispielsweise Schmieröl
und Hydraulikflüssigkeit
in der Vorrichtung zu halten, oder oft beides. Aus nahe liegenden
Gründen
sind solche Dichtungen typischerweise kreisförmig, um Wellen und Kolben
aufzunehmen, und aus einem Elastomer, wie Kautschuk, oder synthetischen Werkstoffen,
wie Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt. Die Querschnitte solcher
Dichtungen variieren mit ihren Anwendungen: vom einfachen Kreis
eines Runddichtrings hin zu Mehrfachrippen oder Flan schen, die einzig
für spezielle
Verwendungszwecke dimensioniert und ausgerichtet sind.
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In
vielen Anwendungen, wie Getrieben, Differentialgetrieben und Transaxle-Baugruppen, schließen solche
Dichtungen ein relativ starres, oft metallisches Bauteil ein, mit
dem der wirksame elastische Dichtungsaufbau verbunden ist. Solche
Dichtungen werden als Außenteile
in Öffnungen,
Bohrungen und zylindrische Senkbohrungen eingebaut, woraufhin eine
Welle, ein Kolben oder dergleichen in oder durch den elastischen
Teil der Dichtung montiert wird. Solche elastischen Teile können, wie
vorstehend erwähnt,
eine oder [engl.: of] mehrere Rippen oder Flansche enthalten. Wenn
eine Welle oder ein Kolben in oder durch die Dichtung eingebaut
wird, können
sich diese Rippen oder Flansche verformen und in Bewegungsrichtung
der Welle oder des Kolbens unterrollen [roll under]. Da die Verformung
und das Rollen im Allgemeinen durch das Ende der Welle oder des
Kolbens oder einen darin befindlichen Absatz oder vorspringenden
Rand verursacht wird, besteht nur eine geringe Wahrscheinlichkeit,
dass die Dichtung in ihre beabsichtigte Form zurückkehren wird, solange die
Welle oder der Kolben nicht herausgezogen und wieder eingesetzt
wird. Problematischer ist die Tatsache, dass sich solche Dichtungen häufig tief
im Inneren eines Bauteils befinden oder zumindest durch die Welle
oder daran befestigte Bauteile, wie ein Staubschutz, verborgen sind.
So kann es sehr schwierig sein, eine verformte Dichtung zum Zeitpunkt
der Montage zu entdecken.
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Nach
einem Dichtungsversagen, wie es sich bei einem Flüssigkeitsleck
zeigt, ist es nicht allzu schwer, das Dichtungsversagen zu ermitteln,
jedoch kann eine Reparatur an dieser Verbindungsstelle zeitaufwändig und
kostspielig sein. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die
Unversehrtheit einer elastischen Wellen- und Kolbendichtung durch
Verringern der Wahrscheinlichkeit einer Dichtungsverformung während der
Montageverfahren zu verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine elastische, fluiddichte Dichtung
für Wellen,
Kolben und dergleichen bereit, die eine Vielzahl radial ausgerichteter,
im Abstand voneinander angeordneter Rippen oder Stege, die sich
zwischen benachbarten schrägen,
kreisförmigen
Flanschen oder Dichtungsmerkmalen erstrecken, aufweist. Die radial
ausgerichteten Rippen oder Stege verleihen den Flanschen oder Merkmalen
eine zusätzliche
Steifigkeit und verhindern, dass sie sich während der Montageverfahren, wie
dem Einbau einer Welle oder eines Kolbens, unterrollen wobei sie
aber die radiale Federkonstante nicht erhöhen und somit den durch die
Dichtung auf der Welle oder dem Kolben verursachten Widerstand nicht
nennenswert verstärken.
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Somit
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer
elastischen Dichtung für
Wellen, Kolben und dergleichen mit einer Vielzahl radial ausgerichteter
Rippen, die sich zwischen benachbarten Flanschen oder Dichtungsmerkmalen
erstrecken.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer elastischen Dichtung für
Wellen, Kolben und dergleichen mit einer Vielzahl radial ausgerichteter,
im Abstand voneinander angeordneter Rippen, die sich zwischen benachbarten Flanschen
oder Dichtungsmerkmalen erstrecken.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Dichtung für Wellen,
Kolben und dergleichen mit mindestens einem Paar kreisförmiger Merkmale
und einer Vielzahl radial ausgerichteter Rippen, die sich zwischen
solch einem Merkmalspaar erstrecken.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Dichtung für Wellen,
Kolben und dergleichen mit mindestens einem Paar kreisförmiger Merkmale
und einer Vielzahl radial ausgerichteter Stege, die sich zwischen
solch einem Merkmalspaar erstrecken.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer elastischen Dichtung für
Wellen, Kolben und dergleichen mit einem metallischen Einsatz, einem
Paar kreisförmiger Merkmale
und einer Vielzahl radial ausgerichteter Stege, die sich zwischen
solch einem Merkmalspaar erstrecken.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer elastischen Dichtung für
Wellen, Kolben und dergleichen mit einem metallischen Einsatz, einem
Paar kreisförmiger Merkmale
und einer Vielzahl radial ausgerichteter Rippen, die sich zwischen
solch einem Merkmalspaar erstrecken.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer elastischen Dichtung für
Wellen, Kolben und dergleichen mit einer Vielzahl radial ausgerichteter
Rippen, die sich zwischen benachbarten Flanschen oder Merkmalen der
Dichtung erstrecken, die die Wahrscheinlichkeit verringert, dass
ein Dichtungsflansch während
eines Montageverfahrens unterrollt.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer elastischen Dichtung für
Wellen, Kolben und dergleichen mit einer Vielzahl radial ausgerichteter
Rippen, die sich zwischen benachbar ten Flanschen oder Merkmalen der
Dichtung erstrecken, die den Widerstand, der von der Dichtung auf
einer Welle oder einem Kolben verursacht wird, nicht nennenswert
verstärkt.
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Weitere
Anwendungsgebiete erschließen sich
aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Es soll verständlich werden,
dass die Beschreibung und spezielle Beispiele nur für Darstellungszwecke
beabsichtigt sind und den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung
nicht einschränken
sollen.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur Darstellungszwecken und
sollen den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung in keiner
Weise einschränken.
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1 ist
die Ansicht eines Teils einer Achsantriebseinheit im Vollschnitt,
die ein Differentialgetriebe und eine Antriebsachse enthält, die
eine Wellendichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst;
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2 ist
die perspektivische Ansicht einer Wellendichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
die bruchstückhafte
Schnittansicht einer Wellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine Ansicht eines Teils eines Automatikgetriebes im Vollschnitt,
das eine Kolbendichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst;
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5 ist
eine bruchstückhafte,
perspektivische Ansicht einer Kolbendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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6 ist
eine bruchstückhafte
Schnittansicht einer Kolbendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die
nachstehende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und
beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder
Verwendungszwecke einzuschränken.
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Mit
Bezug auf 1 ist ein Teil einer Achsantriebseinheit
mit Differentialgetriebe und Antriebsachse dargestellt und allgemein
durch die Bezugszahl 10 bezeichnet. Die Achsantriebseinheit 10 umfasst
ein Gehäuse 12,
in dem Bauteile aufgenommen, angeordnet und geschützt werden,
wie ein Antriebsritzel oder getriebenes Rad 14, das mit
einem Differentialkorb 16 mit einem Paar Ausgangs-Kegelrädern 18 verbunden
ist und diesen antreibt, von denen eines in 1 dargestellt
ist. Das Ausgangs-Kegelrad 18 ist zum Antrieb mit einer
Radachse 20 verbunden, die im Zustand vor der Montage gezeigt
ist. Die Radachse 20 schließt zum Beispiel äußere Keilnuten 22 ein, die
mit komplementären
Keilnabenprofilen 24 im Kegelrad 18 in Eingriff
stehen.
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Das
Gehäuse 12 bildet
eine Bohrung oder kreisförmige Öffnung 26,
die Platz für
die Radachse 20 hat, und eine koaxiale Senkbohrung 28,
die eine fluiddichte Wellendichtung 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufnimmt. Die Wellendichtung 30 liefert zwischen
der rotierenden Radachse 20 und dem Gehäuse 12 eine fluiddichte
Dichtung.
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Mit
Bezug jetzt auf 2 und 3 umfasst die
fluiddichte Wellendichtung 30 einen komplex geformten Metallring 32 mit
einem äußeren, sich
radial erstreckenden Flansch 34, einem dazwischen liegenden
Absatz 36 und einem inneren, sich radial erstreckenden
Flansch 38. Der Metallring 32 funktioniert als
eine verhältnismäßig starre
Basis oder Träger,
auf dem herkömmlicher
Praxis entsprechend verschiedene elastische Bauteile der Wellendichtung 30 ausgebildet,
geformt und verbunden sind. Wie in 1 gezeigt,
wirkt der äußere Flansch 34 als
Führungseinrichtung
und ist an einem Ansatz der Senkbohrung 28 angebracht,
wenn die Dichtung 30 im Gehäuse 12 montiert wird.
Der dazwischen befindliche Absatz 36 bewirkt eine Entlastung,
innerhalb der eine äußere statische
Dichtung 42 mit einer Vielzahl von Umfangsrippen oder Faltungen 44 gebildet
ist, die gegenüber
der Wand der Senkbohrung 28 eine äußere, fluiddichte Dichtung
ergeben.
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Um
den Endpunkt des inneren, sich radial erstreckenden Flansches 38 des
metallischen Kreisrings 32 herum und diesem benachbart
befindet sich ein innerer Dichtungsaufbau 50 mit einem
inneren Dichtungsflansch 52, der eine innere kreisförmige Öffnung 54 bildet,
die sich um den Flansch 52 herum erstreckt. Auf der entgegen
gesetzten Außenfläche des
Metallrings 32 befindet sich ein erster längerer, schräger Flansch 60,
der typischerweise geeignet ist, mit dem Staubschutz (nicht dargestellt)
auf der Radachse 20 in Eingriff zu kommen. Vorzugsweise
endet der erste schräge
Flansch 60 in einem Paar versetzt oder asymmetrisch angeordneter
Spitzen oder Enden 62. Von dem ersten schrägen Flansch 60 radial nach
innen gerichtet angeordnet und in einem Winkel von ungefähr 70 bis
95 Grad dazu ausgerichtet, befindet sich ein zweiter schräger Flansch 64.
In der Nähe
des Endes des metallischen Kreisrings 32 befindet sich
eine dritte kurze Rippe oder Wulst 66. Die Länge des
zweiten schrägen
Flan sches 64 ist kürzer als
die des ersten Flansches 60, aber länger als die der dritten Rippe
oder Wulst 66.
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Der
erste schräge
Flansch 60 und der zweite schräge Flansch 64 bilden
oder formen gemeinsam eine dreieckige Ausnehmung oder einen dreieckigen Kanal 68.
In dem dreieckigen Kanal 68 befindet sich eine Vielzahl
von Rippen oder Stegen 70, die sich zwischen dem ersten
schrägen
Flansch 60 und dem zweiten schrägen Flansch 64 erstrecken.
Die Rippen oder Stege 70 sind radial ausgerichtet und somit
im Allgemeinen dreieckig, wie es in 3 dargestellt
ist. Die Rippen oder Stege 70 bilden außerdem ein Dreieck im Umfangsquerschnitt:
die Außenkanten
der Rippen oder Stege 70 sind schmaler oder dünner als ihre
Basis, d. h. ihre Abschnitte verschmelzen mit den schrägen Flanschen 60 und 64.
Wie in 2 dargestellt ist, wurde herausgefunden, dass
zwölf der
Rippen oder Stege 70 zur Verwendung in einer typischen Radachsendichtung
geeignet sind. Es soll jedoch verständlich werden, dass die Anzahl
der in einer gegebenen Dichtung verwendeten Rippen oder Stege 70 hinsichtlich
der Dichtungsgröße, den
Dichtungserfordernissen, den Konsequenzen einer Montage, den Eigenschaften
des Dichtungsmaterials und anderer technischer und konstruktiver
Gesichtspunkte nach oben oder unten von dieser Anzahl angepasst
werden kann. Somit liegt auch der Einbau von nur vier oder sechs
Rippen oder Stegen 70, oder weniger, in eine Wellendichtung 30,
und nicht weniger als zwanzig oder dreißig Rippen oder Stege 70,
oder mehr, durchaus im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung.
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Mit
Bezug jetzt auf 4 ist ein Teil eines typischen
und beispielhaften Automatikgetriebes dargestellt und allgemein
durch die Bezugszahl 100 bezeichnet. Das Automatikgetriebe 100 umfasst
verschiedene Planetenradsätze 102,
Reibkupplungspakete 104 und dazugehörige hydraulische Aktuatoren 106 sowie
ein hydraulisches Steuermodul 108 mit einer Viel zahl von
logischen Ventilen und Volumenstromregelungsventilen (nicht dargestellt),
die geregelte Durchflüsse
von unter Druck gesetzter Hydraulikflüssigkeit zu den Reibkupplungspaket-Aktuatoren 106 und
anderen Einrichtungen liefern, um den Betrieb des Automatikgetriebes 100 zu
bewerkstelligen. Es wird verständlich,
dass ein unterer Abschnitt des Automatikgetriebes 100 dargestellt
ist und dass die skizzierten Kraftübertragungskomponenten bezüglich einer
Mittellinie CL des Getriebes 100 symmetrisch sind. Die
hydraulischen Aktuatoren 106 nehmen die Form von relativ
großen
Ringzylindern 110 an, die komplementär gestaltete, ringförmige Kolben 112 verschiebbar
aufnehmen. Den offenen Enden des Zylinders 110 benachbart
sind ringförmige,
fluiddichte Dichtungen 120 angeordnet, die die vorliegende
Erfindung einschließen.
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Mit
Bezug jetzt auf 5 und 6 umfasst die
ringförmige,
fluiddichte Dichtung 120 einen Hauptkörperteil 122, der
sich zu einem sich axial erstreckenden, dünnwandigen Ringflansch 124 verjüngt. Zwischen
dem Hauptkörperteil 122 und
dem dünnwandigen
Ringflansch 124 befindet sich ein erster schräger Dichtungsflansch 126,
der in einem versetzten spitzen Endstück oder einer versetzten Spitze 128 endet.
Der Hauptkörperteil 122 und
der erste Dichtungsflansch 126 bilden oder formen eine
erste Ausnehmung oder Kanal 132, in dem eine erste Vielzahl
radial ausgerichteter, im Abstand voneinander angeordneter Rippen
oder Stege 134 liegen. Die Rippen oder Stege 134 verleihen
dem ersten Dichtungsflansch 126 zusätzliche Steifigkeit und verringern
die Wahrscheinlichkeit stark, dass er sich unterrollen oder anderweitig
verformen wird, wenn die Ringdichtung 120 in einen Ringzylinder 110 eingebaut
wird, wobei sie die radiale Federkonstante des ersten Dichtungsflansches 126 aber
nicht nennenswert verändern
und somit den Widerstand nicht verstärken.
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Radial
vom Hauptkörperteil 122 der
fluiddichten Dichtung 120 erstreckt sich nach innen ein flacher
kreisförmiger
Bereich 136, der vor allen Dingen in einen zweiten schrägen Dichtungsflansch 138, der
in einem versetzten spitzen Endstück oder einer versetzten Spitze 140 endet, übergeht
und diesen trägt,
und an zweiter Stelle in einen sich axial erstreckenden Flansch 142,
der in ein vergrößertes Endelement 144 übergeht
und dieses trägt.
Der Hauptkörperteil 122,
der flache kreisförmige
Bereich 136 und der zweite schräge Dichtungsflansch 138 bilden
und formen zusammen eine zweite Ausnehmung oder einen Kanal 146,
in dem eine zweite Vielzahl radial ausgerichteter, im Abstand voneinander
angeordneter Rippen oder Stege 148 liegen. Wiederum verleihen
die Rippen oder Stege 148 dem zweiten Dichtungsflansch 138 zusätzliche
Steifigkeit und verringern die Wahrscheinlichkeit stark, dass er
sich unterrollen oder anderweitig verformen wird, wenn die Ringdichtung 120 in
einen Zylinder 108 eingebaut wird, wobei sie die radiale
Federkonstante des zweiten Dichtungsflansches 138 nicht
nennenswert verändern
und somit den Widerstand des Kolbens 112 nicht verstärken.
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Wiederum
wird die Anzahl der Rippen oder Stege 134 und 148 durch
die Vielfalt technischer Gesichtspunkte und Einschränkungen
wie den Nenndurchmesser der Dichtung, den Werkstoff der Dichtung
und seine Eigenschaften, die gewünschte
Steifigkeitszunahme, jede Beschränkung
hinsichtlich einer solchen Steifigkeitszunahme, den Konsequenzen
einer Montage festgelegt. Aufgrund des Durchmessers der Ringdichtung 120,
der viel größer ist
als der der Wellendichtung 30, ist zu erwarten, dass 24, 30,
36, 40 oder mehr oder weniger Rippen oder Stege 134 und 148 verwendet
werden können.
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Somit
ist zu erwarten, dass die fluiddichte Wellendichtung 30 und
die Kolbendichtung 120 gemäß der vorliegenden Erfindung
eine im großen Ausmaß verbesserte
Beständigkeit
gegenüber
Rollen und Verformung während
der Einbauverfahren liefern, und dass sie diesen Vorteil mit nur
einer vernachlässigbaren
Kostensteigerung und [engl.: an] ohne Veränderungen an bestehenden Einbauverfahren
oder Bauteilen zur Verfügung
stellen.
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Die
Beschreibung der Erfindung ist ihrer Natur nach nur beispielhaft
und Änderungen,
die nicht vom Wesen der Erfindung abweichen, bedeuten, im Geltungsbereich
der Erfindung zu liegen. Solche Änderungen
sollen nicht als Abweichung von Geist und Geltungsbereich der Erfindung
angesehen werden und werden als im Geltungsbereich der nachstehenden
Ansprüche
liegend erachtet.