-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abdichtsystem, insbesondere für Anwendungen im Kunststoffbereich, insbesondere im Automobilbereich, umfassend: ein erstes Bauteil; ein zweites Bauteil; und ein Dichtelement, das zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet ist, wobei das Dichtelement als radiales und als axiales Dichtelement ausgebildet und angeordnet ist.
-
STAND DER TECHNIK
-
In einer Vielzahl von technischen Anwendungen ist es erforderlich, eine Abdichtung zwischen zwei Bauteilen vorzusehen. Ein Anwendungsfall ist beispielsweise die Herstellung einer Abdichtung zwischen zwei Medien führenden Kunststoffbauteilen im Automobilbereich. Bei der Abdichtung zwischen Kunststoffbauteilen sind die Oberflächeneigenschaften der Kunststoffe zu beachten. Um funktionssichere radiale oder axiale Abdichtungen bereitzustellen, können Dichtungen aus Elastomeren verwendet werden.
-
Als kostengünstige und gleichzeitig funktionssichere Dichtungen sind O-Ringe aus Elastomermaterialien weit verbreitet. O-Ringe sind ringförmig ausgebildet und weisen entlang ihres gesamten Umfangs einen kreisförmigen Querschnitt auf. O-Ringe werden zwischen zwei Bauteilen angeordnet. Durch die durch die Kontaktflächen ausgeübten Kräfte wird der O-Ring in einer Richtung verformt, d. h. zusammengequetscht bzw. komprimiert.
-
O-Ringe sind in verschiedensten Größen für verschiedene Einsatzzwecke aus unterschiedlichen Materialien erhältlich. Bei einigen technischen Anwendungen ergeben sich jedoch beim Einsatz herkömmlicher O-Ringe mit gleichmäßigen runden Profilen Probleme. Insbesondere können radial wirkende O-Ringe bei der Montage verdrillen, wodurch ihre Funktionsfähigkeit als Abdichtung beeinträchtigt wird.
-
AUFGABE DER ERFINDUNG
-
Ausgehend davon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Dichtungssystem bereitzustellen, das einfach und sicher montiert werden kann und das universell einsetzbar ist.
-
TECHNISCHE LÖSUNG
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines Dichtungssystems gemäß dem Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
-
Ein erfindungsgemäßes Abdichtsystem, insbesondere für Anwendungen im Kunststoffbereich, insbesondere im Automobilbereich, umfasst: ein erstes Bauteil; ein zweites Bauteil; und ein Dichtelement, das zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet ist, wobei das Dichtelement als radiales und axiales Dichtelement wirkt. Das Dichtelement weist einen ovalen Querschnitt und / oder eine Umhüllende mit ovalem Querschnitt auf.
-
Das erste Bauteil und / oder das zweite Bauteil sind Medien führende Kunststoffbauteile. Das Dichtelement ist aus einem Elastomermaterial hergestellt. Es ist somit in bestimmtem Grad flexibel und kann verformt/zusammengepresst werden. Das Dichtelement ist insbesondere als Dichtring ausgebildet, d. h. es weist eine ringförmige Geometrie auf. Der Querschnitt entlang des Umfangs ist erfindungsgemäß oval bzw. elliptisch. In einer alternativen Ausführungsform ist der Querschnitt des Dichtelements so ausgebildet, dass der Querschnitt in eine ovale bzw. elliptische Umhüllende eingepasst werden kann. Die Umhüllende ist so definiert, dass die Schnittpunkte der Außenkontur des Dichtelements mit der ersten Achse und mit der zweiten Achse auf der Umhüllenden liegen. Insbesondere ist auf jeder Seite der ersten Achse jeweils wenigstens ein zweiter Schnittpunkt zwischen der Außenkontur des Dichtelements und einer zweiten Achse vorgesehen, die senkrecht auf der ersten Achse steht, wobei der Schnittpunkt auf der Umhüllenden liegt. Die ovale bzw. elliptische Umhüllende berührt somit die Außenkontur des Dichtelements insgesamt in wenigstens vier Punkten.
-
Ein ovaler Querschnitt bzw. eine ovale Umhüllende bedeutet, dass der Querschnitt bzw. die Umhüllende zwei aufeinander senkrecht stehende Achsen aufweist, wobei der Durchmesser des Querschnitts entlang der ersten Achse größer ist als der Durchmesser des Querschnitts entlang der zweiten Achse.
-
Die Achsen sind in der Regel Symmetrieachsen hinsichtlich des Querschnitts des Dichtelements.
-
Im Fall einer Formgebung mit einer ovalen bzw. elliptischen Umhüllenden berührt die Außenkontur des Dichtelements die Umhüllende vorzugsweise insgesamt in wenigstens sechs Punkten.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Abdichtsystem können sowohl eine kombinierte axiale und radiale als auch eine rein axiale und rein radiale Dichtungsfunktion erfüllt werden, wodurch ein funktionell ideales, universell einsetzbares Dichtelement bereitgestellt wird.
-
Vorzugsweise ist das Dichtelement als Formdichtung mit einem oberen axialen Kontaktpunkt und einem unteren axialen Kontaktpunkt sowie jeweils zwei inneren radialen Kontaktpunkten und wenigstens zwei äußeren radialen Kontaktpunkten ausgebildet. Der Querschnitt des Dichtrings ist dabei hinsichtlich einer axialen Symmetrieachse spiegelsymmetrisch ausgebildet.
-
Es hat sich gezeigt, dass durch einen Querschnitt des Dichtelements, der nicht rund, sondern im gesamten Umfangsbereich in eine (vom Umfangspunkt abhängige) Richtung gestreckt ist, eine funktionssichere kombinierte radiale und axiale Dichtfunktion gewährleistet werden kann. Unter axialer Dichtfunktion wird eine Abdichtung verstanden, die, bezogen auf eine axiale Richtung eines etwa ringförmigen Dichtelements, durch axiale Kräfte bzw. Kraftkomponenten erzeugt wird, die auf das Dichtelement wirken. Unter einer radialen Dichtfunktion wird eine Abdichtung verstanden, die durch, bezogen auf eine radiale Richtung eines etwa ringförmigen Dichtelements, durch radiale Kräfte bzw. Kraftkomponenten erzeugt wird, die auf das Dichtelement wirken.
-
Vorzugsweise erstreckt sich die längere Achse des ovalen Querschnitts in axialer Richtung des Dichtelements. Das Dichtelement ist geschlossen, insbesondere ringförmig (oder in bestimmten Anwendungen elliptisch), ausgebildet. Der Durchmesser des Querschnitts des Dichtelements entlang der axialen Symmetrieachse ist größer als der Durchmesser entlang einer radialen Symmetrieachse. Bei einer axialen Verschiebung bzw. einem axialen Zusammenfügen der beiden Bauteile entsteht ein relativ langer Verpressungsweg, wodurch ein sicherer Halt in der Dichtnut gewährleistet ist. Außerdem wird die radiale Anlage des Dichtrings an den axialen Kontaktflächen der Bauteile erhöht
-
Herkömmliche Lösungen mit gleichzeitiger axialer und radialer O-Ring-Abdichtung werden durch eine Dreiecksnut realisiert. Nachteilhaft an diesen Lösungen ist, dass die Dichtfunktion durch Maßabweichungen des Dichtnutquerschnitts (erzeugt bspw. durch Kriechen von Kunststoffbauteilen, Welligkeit, etc.) schnell gleichzeitig beide Dichtfunktionen verliert. Außerdem neigen die Dichtringe zum Verdrillen, was ebenfalls zu einer Verschlechterung der Abdichtfunktion führt.
-
Ein ovaler Querschnitt bzw. ein Querschnitt, der von einer ovalen Umhüllenden umfasst werden kann, besitzt einerseits die Vorteile klassischer O-Ringe hinsichtlich der radialen Dichtungsfunktion. Die radiale Dichtungsfunktion wird somit gegenüber herkömmlichen O-Ring-Dichtungen nicht beeinträchtigt. Andererseits wird die Montagesicherheit erhöht. Herkömmliche radial wirkende O-Ringe verdrillen aufgrund ihrer runden Geometrie leicht. Dies wird bei ovalen Querschnitten des Dichtrings bzw. der Umhüllenden vermieden. Zudem sind bei ovalen Querschnitten ggf. geringere Montagekräfte erforderlich. Außerdem erfolgt ein besserer Ausgleich von Fehlstellen in einem der abzudichtenden Bauteile. Dies ist besonders beim Zusammenfügen von Kunststoffbauteilen vorteilhaft.
-
Hinsichtlich der axialen Dichtungsfunktion werden die Vorteile klassischer Formdichtungen beibehalten, wobei allerdings eine einfachere und kostengünstigere Herstellung möglich ist. Außerdem bietet die ovale Dichtungskontur im Vergleich zu herkömmlichen O-Ringen höhere Funktionssicherheit durch einen höheren Verpressungsweg sowie einen sicheren Halt und eine zuverlässige Positionierung in einer Dichtnut.
-
Vorzugsweise weist das erste Bauteil eine erste radial ausgerichtete Oberfläche und eine erste axial ausgerichtete Oberfläche auf, die eine axiale Kraft bzw. radiale Kraft auf das Dichtelement ausüben.
-
Insbesondere weist das zweite Bauteil eine zweite radial ausgerichtete Oberfläche und eine zweite axial ausgerichtete Oberfläche auf, die eine axiale Kraft bzw. radiale Kraft auf das Dichtelement ausüben.
-
Insbesondere ist zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil eine Nut zur Anordnung des Dichtelements in der Nut ausgebildet. Das Dichtelement ist somit in einer Nut zwischen den beiden Bauteilen eingepasst, wobei die Bauteile so zueinander angeordnet sind, dass die beiden axialen Oberflächen jeweils in gegensätzlicher Richtung eine radiale Kraft auf das Dichtelement ausüben bzw. mit den radialen Seiten des Dichtelements in Kontakt stehen. Außerdem ist das Dichtelement zwischen den radialen Oberflächen angeordnet, so dass die beiden radial ausgerichteten Oberflächen jeweils in gegensätzlicher Richtung eine axiale Kraft auf das Dichtelement ausüben bzw. mit den axialen Seiten des Dichtelements in Kontakt stehen. Die Nut kann einen in etwa rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Eine Seite des Rechtecks kann länger als die andere Seite sein, um die Form der Nut an den ovalen Querschnitt des Dichtelements anzupassen.
-
Bei einer axialen Verschiebung des ersten Bauteils relativ zum zweiten Bauteil wird das Dichtelement zusammengedrückt. Auf diese Weise wird der axiale Kontakt zwischen den Bauteilen und dem Dichtelement erhöht. Das Dichtelement wird dabei bis zu einem bestimmten Maß zusammengepresst. Dadurch erhöht sich dessen radiale Ausdehnung, wodurch der radiale Kontakt zwischen den Bauteilen und dem Dichtelement verstärkt wird. Die Verstärkung des Kontakts bedeutet eine Verbesserung der Abdichtfunktion.
-
Durch die ovale Dichtungskontur kann gleichzeitig eine radial wirkende Abdichtung zwischen zwei Medien führenden Kunststoffbauteilen nach außen erzeugt werden. Außerdem kann gleichzeitig eine axial wirkende Abdichtung innerhalb der beiden Medien führenden Kunststoffbauteile erzeugt werden. Beim Einsatz erfindungsgemäßer Dichtkonzepte ist es möglich, bei kombinierter axialer und radialer Dichtung eine genaue Einstellung der Stärke der axialen Abdichtung und (getrennt davon) der radialen Abdichtung einzustellen.
-
Insbesondere sind das erste Bauteil und / oder das zweite Bauteil Medien führende Bauteile, bspw. Flüssigkeits- und / oder Gasleitungen.
-
Ein Einsatzbereich des Dichtungssystems bietet sich beispielsweise bei der Abdichtung eines Kühlwasserreglers im Automobilbereich. Der Oval-Dichtring ist dabei zwischen einem Unterteil eines Gehäuses und einem Deckelteil des Gehäuses angeordnet. Zwischen den Bauteilen kann ein Thermostat angeordnet sein, der auf einer Seite der Nut des Unterteils des Gehäuses aufliegt. Die Thermostatscheibe bildet somit die erste axiale Kontaktfläche für das Dichtelement.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren deutlich. Es zeigen:
-
1 eine herkömmliche kombinierte axiale und radiale O-Ring-Abdichtung;
-
2 eine Oval-O-Ring-Abdichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
3 eine Anwendung der erfindungsgemäßen Oval-O-Ring-Abdichtung;
-
4 eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Oval-O-Ring-Abdichtung;
-
5a einen Querschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Dichtelements;
-
5b einen Querschnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Dichtelements; und
-
6 eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Oval-O-Ring-Abdichtung.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die 1 zeigt ein Abdichtsystem 1’ mit einem herkömmlichen O-Ring, das in einem Kühlwasserregler eingesetzt wird. Das Andichtsystem 1’ weist ein erstes Bauteil 2’ auf, das einen Unterteil eines Gehäuses bildet. Das zweite Bauteil 3’ ist als Deckelteil konzipiert, das mit dem ersten Bauteil 2’ verbunden ist.
-
Das erste Bauteil 2’ weist eine Nut 20’ auf, die in axialer Richtung durch eine radial ausgerichtete Auflagefläche 21’ und in radialer Richtung durch eine in etwa vertikale (axiale) Kontaktfläche 22’ begrenzt wird. Auf der Auflagefläche 21’ liegt eine Thermostatscheibe 4’ auf. Das zweite Bauteil 3’ weist eine zur Nut 20’ gewandte schräge Kontaktfläche 30’ auf.
-
Innerhalb des von der Oberfläche der Thermostatscheibe 4’, der vertikalen Kontaktfläche 22’ des ersten Bauteils 2’, und der schrägen Kontaktfläche 30’ des zweiten Bauteils 3’ begrenzten Raums ist ein Dichtring 5’ mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet. Auf den Dichtring wirken Kräfte von drei Seiten, nämlich eine schräge Kraft, die durch die schräge Kontaktfläche 30’ des zweiten Bauteils 3’ ausgeübt wird und senkrecht zur schrägen Kontaktfläche 30’ ausgerichtet ist. Dieser Kraft wirkt entgegen eine axiale Kraftkomponente, ausgeübt durch die auf der Auflagefläche 21’ aufliegende Thermostatscheibe 4’, die senkrecht zur Kontaktfläche 21’ wirkt, und eine radiale Kraftkomponente, ausgeübt senkrecht durch die radiale Kontaktfläche 22’ des ersten Bauteils 2’. Die radiale Kraftkomponente steht senkrecht auf der radialen Kontaktfläche 22’.
-
Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Abdichtsystems 1. Die Elemente sind analog zu den Elementen gemäß der 1 bezeichnet.
-
Demnach weist das Abdichtsystem 1 ein erstes Bauteil 2 auf, in dessen oberem Randbereich eine sich radial nach außen erstreckende Nut 20 ausgebildet ist. Die Nut 20 ist durch eine radiale Auflagefläche 21 und eine axiale Kontaktfläche 22 begrenzt. Auf der Auflagefläche 21 liegt eine Thermostatscheibe 4 auf. Die Flächen 21 und 22 begrenzen die Nut 20 in axialer bzw. in radialer Richtung.
-
Das zweite Bauteil 3, das den Deckel eines Kühlwasserreglers bildet, weist eine äußere Nut 30 auf, die durch eine radiale Anlagefläche 31 und eine axiale Anlagefläche 32 begrenzt wird. In der Nut 20 und der äußeren Nut 30, zwischen dem ersten Bauteil 2 und dem zweiten Bauteil 3, ist ein Dichtring 5 angeordnet. Der Dichtring 5 weist einen ovalen Querschnitt auf. Die radial ausgerichteten Flächen 21 bzw. 31 üben von unten bzw. von oben her jeweils axiale Kräfte auf den Dichtring 5 aus, die axial verlaufende Kontaktfläche 22 bzw. die axial verlaufende Anlagefläche 32 üben von außen bzw. von innen her eine radiale Kraft auf den Dichtring 5 aus. Auf diese Weise wird eine kombinierte axiale und radiale Dichtungsfunktion erfüllt. Die Dichtungsfunktionen sind kombiniert, können jedoch weitgehend unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Qualität der Dichtung in axialer und in radialer Richtung wird durch den nicht kreissymmetrischen Querschnitt des Dichtelements 5 sichergestellt.
-
Die 3 zeigt eine Anwendung eines erfindungsgemäßen Dichtsystems 1, wobei mittels der Ovalringdichtung eine rein radial wirkende Dichtfunktion erfüllt wird. In diesem Beispiel steht die Dichtung 5 nur mit der axial verlaufenden Kontaktfläche 22 bzw. der axial verlaufenden Anlagefläche 32 in Kontakt. Es wird von außen bzw. von innen her eine Kraft auf den Oval-Dichtring 5 ausgeübt.
-
Die 4 zeigt eine weitere Anwendung eines erfindungsgemäßen Dichtsystems 1, wobei mittels der Ovalringdichtung eine rein axial wirkende Dichtfunktion erfüllt wird. In diesem Beispiel liegt die Dichtung 5 nur an der radial verlaufende Kontaktfläche 21 bzw. der axial verlaufenden Anlagefläche 31 an. Es wird von oben bzw. von unten her eine Kraft auf den Oval-Dichtring 5 ausgeübt.
-
In der 5a bzw. 5b sind Beispiele für Geometrien erfindungsgemäßer Oval-Dichtringe dargestellt.
-
In der 5a ist der Querschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Oval-Dichtrings 51 dargestellt. Dieser weist eine axiale Symmetrieachse A und radiale Symmetrieachse R auf. Der Durchmesser a in axialer Richtung A ist größer als der Durchmesser r in radialer Richtung R. Es ergibt sich ein ovaler bzw. elliptischer Querschnitt. Durch den elliptischen Querschnitt ist der axiale Pressweg beim Einklemmen des Dichtrings 51 vergrößert.
-
Die 5b zeigt den Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtrings 52. Dieser weist eine axiale Symmetrieachse A und eine radiale Symmetrieachse R auf. Der Querschnitt des Dichtrings 52 ist zwar nicht oval, allerdings ist der Querschnitt in eine ovale Umhüllende U eingepasst. Entlang der axialen Richtung A existieren ein oberer Kontaktpunkt 520 und ein unterer Kontaktpunkt 521 zwischen der Achse A und der Außenkontur des Dichtrings 52. Entlang radialer Richtungen (also in bestimmten axialen Positionen senkrecht zur Achse A) existieren jeweils zwei Kontaktpunkte 522, 523 bzw. 524, 525 zwischen der jeweiligen radialen Achse und der Außenkontur des Dichtrings 52. Alle genannten Kontaktpunkte liegen auf der Umhüllenden U. Kein Teil des Dichtrings 52 erstreckt sich in den Bereich außerhalb der Umhüllenden U.
-
Alternativ dazu kann diese Ausführungsform des Dichtrings 52 auch als ovaler Dichtring mit Vertiefungen angesehen werden, wobei die Vertiefungen zwischen den Kontaktpunkten mit der ovalen Umhüllenden U (in diesem Fall der Außenkontur ohne Vertiefungen) ausgebildet sind.
-
Die größte axiale Ausdehnung a des Dichtrings 52 ist auch in dieser Ausführungsform größer als die größte radiale Ausdehnung r des Dichtrings 52. Die radiale Ausdehnung r ergibt sich als größter Querschnitt der Umhüllenden U in radialer Richtung R.
-
Die 6 zeigt eine Anwendung des erfindungsgemäßen Dichtsystems im Automobilbereich. Gleiche Elemente sind wie in der 2 bezeichnet.
-
Das Abdichtsystem 1 weist ein Unterteil 2 und ein Deckelteil 3 auf. Eine Thermostatscheibe 4 eines Thermostats T liegt auf der radialen Fläche 21 der Nut 20 des Unterteils 2 auf. Das Deckelteil 3 ist mittels eines Verschlusses, beispielsweise eines Bajonettverschlusses, am Unterteil 2 befestigt. Ein ovaler Dichtring 5 ist in der Nut 20 des Unterteils 2 und der äußeren Nut 30 des Deckelteils 3 angeordnet. Der Dichtring 5 kann mehr oder weniger zwischen der axial verlaufenden Kontaktfläche 22 bzw. der axial verlaufende Anlagefläche 32 sowie den radial ausgerichteten Flächen 21 bzw. 31 angeordnet bzw. eingequetscht sein. Jedenfalls üben die Flächen axiale bzw. radiale Kräfte (axiale Richtung A, radiale Richtung R) auf den O-Ring 5 aus, sodass dieser sowohl in axialer als auch in radialer Richtung mit den Flächen bzw. auf den Flächen aufliegenden Zwischenelementen (dichtend) in Kontakt steht. Sowohl das erste Bauteil 2 als auch das zweite Bauteil 3 sind aus Kunststoff hergestellt. Die Bauteile 2 und 3 sind jeweils Medien führende Bauteile, beispielsweise Flüssigkeits- oder Gasleitungen.
-
Durch die erfindungsgemäßen Dichtkonzepte wird somit eine zuverlässige kombinierte axiale und radiale Dichtung hergestellt, wobei der Anpressdruck in axialer bzw. radialer Richtung durch prinzipiell ovale Formgebung und durch die Auswahl eines geeigneten Elastomermaterials an die technischen Anforderungen angepasst werden kann. Gleichzeitig ist die Herstellung im Gegensatz zu speziellen Formdichtungen relativ kostengünstig.
