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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Dichtring für ein Pumpenelement zum Abdichten eines Druckraums, insbesondere Niederdruckraums, der von einem Pumpenzylinder und einem darin verschiebbaren Pumpenkolben begrenzt ist, mit einer zum Pumpenzylinder gewandten Stützseite und einer gegenüberliegenden, zum Pumpenkolben gewandten Dichtseite sowie einer in Richtung Druckraum weisenden Druckseite. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines derartigen Dichtrings in einem Pumpenelement.
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Gattungsgemäße Dichtringe werden in Pumpenelementen verwendet, die Fluid insbesondere in Hydraulikaggregaten einer Fahrzeugbremsanlage fördern. Das einzelne Pumpenelement umfasst dazu einen Pumpenzylinder und einen darin axial verschiebbar gelagerten Pumpenkolben. Der Pumpenkolben dient zum Fördern von Fluid, insbesondere Bremsflüssigkeit, in einem Hochdruckraum, der sich im Pumpenzylinder befindet. Dabei saugt der Pumpenkolben das Fluid zunächst aus einem Niederdruckraum an. Der Niederdruckraum ist gegenüber dem Umgebungsdruck des Pumpenelements abzudichten. Dazu ist an der dortigen Nahtstelle zwischen dem Pumpenzylinder und dem Pumpenkolben der hier relevante Dichtring als Niederdruckdichtung bzw. Niederdruckdichtring vorgesehen.
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Der Dichtring ist mit seiner äußeren Mantelfläche dicht an dem Pumpenzylinder angeordnet und gleitet mit seiner innen Mantelfläche an dem Pumpenkolben entlang. Die äußere Mantelfläche des Dichtrings bildet damit eine Stützseite und die innere Mantelfläche eine Dichtseite des Dichtrings. Ferner umfasst der Dichtring fluidseitig eine in Richtung Druckraum weisende Stirnfläche, die als Innenseite bzw. Druckseite, insbesondere Niederdruckseite bezeichnet wird.
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An dieser Druckseite weisen bekannte Dichtringe, wie in
DE 10 2010 028 223 A1 ,
DE 10 2010 030 329 A1 ,
DE 10 2008 040 996 A1 und
DE 10 2008 040 994 A1 offenbart, einen Wulst bzw. eine Ausbuchtung auf. Der Wulst dient insbesondere als Erkennungsmerkmal, mit dem eine lagerichtige Montage gewährleistet werden soll. Die lagerichtige Montage des Dichtrings ist besonders wichtig, da dessen Dichtseite eine speziell ausgeformte Kontur aufweist. Die Kontur ist asymmetrisch bezogen auf eine senkrecht zur axialen Kolbenbewegung verlaufenden Mittelebene des Dichtrings. Nur wenn der Dichtring mit richtiger Orientierung der asymmetrischen Kontur montiert ist, wird der sich während des Betriebs axial hin- und herbewegende Pumpenkolben wie gewünscht abgedichtet.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Dichtring für ein Pumpenelement zum Abdichten eines Druckraums, der von einem Pumpenzylinder und einem darin verschiebbaren Pumpenkolben begrenzt ist, geschaffen. Der Dichtring umfasst eine zum Pumpenzylinder gewandte Stützseite und eine gegenüberliegende, zum Pumpenkolben gewandte Dichtseite sowie eine in Richtung Druckraum weisende Druckseite. Dabei sind die Stützseite mit mindestens zwei Stützlippen und die Druckseite eben gestaltet.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen, mindestens zwei Stützlippen dienen erstens zum Abstützen und Positionieren des Dichtrings im Pumpenzylinder. Dabei ist zugleich eine abdichtende Wirkung gegen den Pumpenzylinder als statisches Bauteil erreicht, eine sogenannte quasi-statische Dichtfunktion.
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Gemäß der Erfindung ist mit den mindestens zwei Stützlippen ferner eine Stützseite geschaffen, mittels derer eine Orientierung des Dichtrings beim Montieren insbesondere optisch und/oder maschinell abtastbar zuverlässig erkennbar ist. Dazu ist bevorzugt die Stützseite asymmetrisch bezogen auf eine senkrecht zu einer Längsachse des Pumpenzylinders stehenden Mittelebene ausgeformt, die den Dichtring in seiner axialen Erstreckung halbiert. Bevorzugt ist die asymmetrische Stützseite dadurch geformt, dass die mindestens zwei Stützlippen mindestens an der Mantelfläche des Dichtrings unterschiedliche Abstände untereinander und/oder zu dessen Stirnseiten aufweisen. Mit den unterschiedlichen Abständen ist die Orientierung des Dichtrings eindeutig identifizierbar, sodass vorteilhaft eine sehr zuverlässige Lageerkennung gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß ist ferner die Druckseite eben gestaltet, wobei der Begriff „eben“ im Sinne von „ohne Wulst“ auch weitgehend eben bedeutet. Das heißt, dass die erfindungsgemäße Druckseite im Vergleich zu einer herkömmlichen Druckseite keinen Wulst bzw. keine Ausstülpung aufweist. Der Wulst ermöglicht in bekannten Dichtringen wie bereits beschrieben eine gerichtete Montage. Nachteilig muss jedoch zusätzlicher komplementärer Bauraum in benachbarten Bauteilen bzw. Funktionselementen des Pumpenelements vorgesehen sein, um den Wulst unterzubringen. Ferner kann es passieren, dass der Wulst bei der Herstellung oder Montage des Dichtrings abreißt oder beschädigt wird. Beim Herstellen des Wulstes muss zudem besonders darauf geachtet werden, dass am Wulst eine Gratbildung vermieden wird. Ferner muss der Wulst genau in einer erforderlichen Position an der Druckseite ausgebildet werden, um bei der Montage in den komplementären Bauraum eingefügt werden zu können. Darüber hinaus ist der Dichtring mittels des Wulstes während des Betriebs in seiner Bewegungsfähigkeit eingeschränkt. Gegebenenfalls kann der Dichtring dann aufgrund des Wulstes bei einem Verschleiß nur unzureichend nachgestellt werden.
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Die genannten Nachteile des Wulstes als Erkennungsmerkmal an der Druckseite von bekannten Dichtringen werden mittels der erfindungsgemäßen ebenen Druckseite vermieden. Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Dichtring damit leichter herzustellen und wesentlich montagefreundlicher als bekannte Dichtringe. Ferner benötigt der erfindungsgemäße Dichtring keinen zusätzlichen Raum in benachbarten Bauteilen, sodass das Pumpenelement insgesamt einfacher gestaltet werden kann, insbesondere bezüglich Herstellung und Montage.
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Mit den erfindungsgemäßen mindestens zwei Stützlippen an der Stützseite als Erkennungsmerkmal und der ebenen Druckseite ist ein besonders platzsparender, kompakter und stabiler Dichtring geschaffen, dessen Orientierung sehr zuverlässig erkannt werden kann.
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Darüber hinaus ist die Stützseite gemäß der Erfindung vorzugsweise mit drei Stützlippen gestaltet, einer ersten, einer zweiten und einer dritten Stützlippe. Mit diesen drei Stützlippen kann die Stützseite besonders einfach asymmetrisch bezogen auf die Mittelebene des Dichtrings ausgeformt sein. Ferner ist vorzugsweise zwischen der ersten und der zweiten Stützlippe ein erster Abstand und zwischen der zweiten und der dritten Stützlippe ein zweiter Abstand vorgesehen, wobei der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand. Mittels der unterschiedlichen Abstände zwischen den drei Stützlippen kann die Orientierung bzw. die Lage des Dichtrings sehr zuverlässig erkannt werden. Insgesamt ist mit nur einer zusätzlichen Stützlippe ein Dichtring geschaffen, dessen Orientierung bei der Montage kostengünstig ohne zusätzliches Erkennungsmerkmal erkannt werden kann.
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Des Weiteren weisen die mindestens zwei Stützlippen gemäß der Erfindung vorteilhaft einen gleich großen Außendurchmesser bzw. eine gleich große Schnurstärke auf. Die jeweilige Stützlippe ist dabei kreisrund gestaltet. Mit den gleich großen Außendurchmessern der mindestens zwei Stützlippen kann der Dichtring an seiner Stützseite besonders gut in bekannte, insbesondere kreiszylindrische Pumpenzylinder eingepasst werden.
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Alternativ weisen die mindestens zwei Stützlippen erfindungsgemäß vorzugsweise einen unterschiedlich großen Außendurchmesser auf. Der Dichtring hat damit mindestens zwei verschiedene Schnurstärken, mittels derer die Orientierung des Dichtrings optisch und/oder maschinell erkannt werden kann.
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Besonders bevorzugt sind die unterschiedlich großen Außendurchmesser ferner in Richtung Druckseite zunehmend groß ausgestaltet, sodass die dem Druckraum am nächsten zu positionierende Stützlippe den größten Außendurchmesser hat. Die unterschiedlich großen Außendurchmesser der Stützlippen erstrecken sich dabei auf einer gedachten äußeren Mantelfläche eines Kegelstumpfes als sogenannte quasi-schiefe Ebene. Mittels der derartigen erfindungsgemäßen Form der Stützseite kann der Dichtring mit seiner der Druckseite gegenüberliegenden Stirnfläche voraus besonders leicht in den Pumpenzylinder eingeschoben werden. Die Stützlippe mit dem größten Außendurchmesser wird dann fluidseitig im Pumpenzylinder positioniert. Ferner kann der Dichtring ganz besonders bevorzugt an eine komplementäre schräge Innenkontur des Pumpenzylinders angelegt werden, insbesondere an eine einen kegelstumpfförmigen Bauraum umgebende Fläche. In Kombination mit dem kegelstumpfförmigen Bauraum und der quasi-schiefen Ebene an der Stützseite unterliegt der Dichtring unter fluidseitigem Druck während des Betriebs einer sich selbst verstärkenden Dichtflächenpressung. Vorteilhaft wirkt damit der erfindungsgemäße Dichtring besonders gut abdichtend, insbesondere im Hinblick auf höhere Laufleistungen.
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Ferner weist die Dichtseite vorteilhaft einen Dichtwulst auf, der zwei konvergierende Dichtflanken umfasst. Die beiden konvergierenden Dichtflanken sind über eine Abrundung bzw. einen Kurvenzug miteinander verbunden. Mit dem Dichtwulst liegt der Dichtring als erstes am Pumpenkolben abdichtend an, bis gegebenenfalls mit den Dichtflanken die komplette Dichtseite mit dem Pumpenkolben in Kontakt tritt. Die Dichtseite ist damit flexibel gestaltet, da bei einer axialen Bewegung des Pumpenkolbens der Dichtwulst bevorzugt geringfügig in Richtung der axialen Bewegung mitgeführt wird. Derart gestaltet hat der erfindungsgemäße Dichtring eine besonders gute Dichtfunktion am Pumpenkolben, wenn der Pumpenkolben axial in den Pumpenzylinder hinein und wieder aus dem Pumpenzylinder hinaus verschoben wird.
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Besonders bevorzugt sind die zwei konvergierenden Dichtflanken vorteilhaft mit einem ersten Flankenwinkel und einem davon unterschiedlichen zweiten Flankenwinkel gestaltet. Dabei weist vorzugsweise die mit dem ersten Flankenwinkel gebildete Dichtflanke vom Dichtwulst in Richtung Druckseite des Dichtrings und es ist der erste Flankenwinkel größer als der zweite Flankenwinkel. Der erste Flankenwinkel liegt dann bevorzugt zwischen der Längsachse sowie einer ersten Dichtflanke und beträgt vorzugsweise zwischen 50° und 70°. Der zweite Flankenwinkel liegt zwischen der Längsachse und einer zweiten Dichtflanke mit einem Flankenwinkel von zwischen 10° bis 45°, bevorzugt zwischen 20° und 30°. Damit ist die erste Dichtflanke also in Bezug auf die Längsachse steiler und weist ferner in Richtung Druckseite des Dichtrings. Vorteilhaft gerät während des Betriebs die derart gestaltete steilere erste Dichtflanke mit dem Fluid in Kontakt, wodurch das Fluid größtenteils sicher an der Oberfläche des Pumpenkolbens in den Druckraum abgeschoben werden kann. Mit der vergleichsweise flachen zweiten Dichtflanke wird ein für eine Schmierung notwendiger geringfügiger Fluidfilm zwischen Dichtseite und Pumpenkolben aufrecht erhalten.
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Des Weiteren ist gemäß der Erfindung vorteilhaft ein Dichtring geschaffen, bei dem eine der Druckseite gegenüberliegende Rückseite ausgebildet ist, die dabei eben bzw. im Längsschnitt gerade gestaltet ist. Die Rückseite entspricht einer zweiten Stirnseite bzw. Außenseite des Dichtrings, die auch als Umgebungsdruckseite bezeichnet wird, da sie in Richtung eines Bereichs weist, dessen Druck annähernd dem Umgebungsdruck entspricht und damit niedriger ist als der Druck an der Niederdruckseite bzw. im Druckraum. Wenn die Rückseite eben ausgebildet ist, kann sie vorteilhaft formschlüssig an ein weiteres Bauteil angeordnet werden, das eine komplementäre ebene Fläche als Anlagefläche umfasst. Bevorzugt ist das weitere Bauteil ein in einer Pumpengehäusebohrung angeordneter Stützring. Insbesondere ist mit der eben gestalteten Anlagefläche in Kombination mit der eben gestalteten Druckseite vorteilhaft eine in axialer Richtung besonders flache Bauform geschaffen.
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Die Erfindung ist entsprechend ferner auf eine Verwendung eines derartigen erfindungsgemäßen Dichtrings in einem Pumpenelement, insbesondere eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage gerichtet. Derart verwendet, wird ein Pumpenelement geschaffen, dessen Bauteile beim Montieren sehr einfach und kostengünstig lagerichtig zusammengefügt werden können. Damit ist insgesamt eine besonders kostengünstige Fahrzeugbremsanlage geschaffen.
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Bevorzugt wird das Pumpenelement zudem erfindungsgemäß mit einem Pumpenzylinder gestaltet, in dem ein Absatz mit einer bezogen auf die Längsachse des Pumpenzylinders schrägen Stützanlagefläche zum dortigen Anlegen des Dichtrings mit seiner Stützseite ausgebildet wird. Zusammen mit dem erfindungsgemäßen Dichtring wird damit eine Dichtanordnung gebildet, mit der eine besonders große Dichtwirkung erreicht wird, insbesondere eine sich selbst verstärkende Dichtwirkung beim Hinausfahren des Pumpenkolbens.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer Dichtanordnung mit einem Dichtring eines Pumpenelements gemäß dem Stand der Technik,
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2 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Dichtrings eines Pumpenelements gemäß der Erfindung,
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3 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Dichtrings eines Pumpenelements gemäß der Erfindung und
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4 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Dichtanordnung mit einem Dichtring eines Pumpenelements gemäß der Erfindung.
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In 1 ist eine Dichtanordnung 10 mit einem herkömmlichen Dichtring 12 für ein Pumpenelement eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage dargestellt. Das Hydraulikaggregat ermöglicht an Fahrzeugbremsen einer zugehörigen Fahrzeugbremsanlage insbesondere eine Antiblockier-, eine Antischlupfund eine Fahrdynamik-Regelfunktion (ABS, ASR und ESP).
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Das ansonsten nicht weiter dargestellte Pumpenelement ist in einer entlang einer Längsachse 14 ausgebildeten Bohrung 16 eines Pumpengehäuses 18 eingesetzt. Das Pumpengehäuse 18 bildet so zugleich ein Abschnitt eines Pumpenzylinders 20. In dem Pumpenzylinder 20 ist der Dichtring 12 in Richtung der Längsachse 14 zwischen einem Filterbauteil 22 und einem Stützring 24 eingesetzt. Der Dichtring 12 liegt ferner mit einer Dichtseite 26 an einem in dem Pumpenzylinder 20 entlang der Längsachse 14 verschiebbar geführten Pumpenkolben 28 als sogenannte Stangendichtung an. Derart anliegend, dichtet der Dichtring 12 einen Druckraum 30 ab, der von dem Pumpenzylinder 20 und dem darin geführten Pumpenkolben 28 abgegrenzt ist.
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Die Dichtseite 26 ist mit einem zum Pumpenkolben 28 gewandten Dichtwulst 32 gestaltet, an dem sich in Richtung Druckraum 30 eine steile erste Dichtflanke 34 und entgegengesetzt gerichtet eine flachere zweite Dichtflanke 36 erstreckt. Dabei bildet die erste Dichtflanke 34 mit der Längsachse 14 einen größeren ersten Flankenwinkel 38 und die zweite Dichtflanke 36 mit der Längsasche 14 einen kleineren zweiten Flankenwinkel 40. Der Dichtwulst 32 weist im dargestellten Querschnitt betrachtet einen Radius von etwa 0,25 mm auf. Die jeweils im Querschnitt geraden Dichtflanken 34 und 36 erstrecken sich zur Längsachse 14 in einem ersten Flankenwinkel 38 von etwa 60° und einem zweiten Flankenwinkel 40 von etwa 17,5°. Insgesamt ist damit eine asymmetrische Kontur der Dichtseite 26 geschaffen, bezüglich einer Mittelebene 41, die die Dichtseite 26 in ihrer Längserstreckung im rechten Winkel zur Längsachse 14 halbiert. Die derart gestalte Dichtseite 26 hat besonders günstige Rückfördereigenschaften.
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Gegenüberliegend der Dichtseite 26 befindet sich an dem Dichtring 12 eine Stützseite 42, mittels der der Dichtring 12 am Pumpenzylinder 20 abgestützt ist.
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Die Stützseite 42 weist eine erste Stützlippe 44 und eine zweite Stützlippe 46 auf, die voneinander einen Abstand 48 einnehmen. Die Stützseite 42 ist damit derart geformt, dass sie symmetrisch bezogen auf die Mittelebene 41 ist.
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Ferner umfasst der Dichtring 12 an seiner Richtung Druckraum 30 gewandten Stirnseite eine Druckseite 50, mit der der Dichtring 12 an dem Filterbauteil 22 anliegt. An seiner entgegengesetzt gerichteten Stirnseite weist der Dichtring eine ebene Rückseite 52 auf, die an einer ebenen Stirnseite des Stützrings 24 anliegt.
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An der Druckseite 50 ist ein axial abstehender Wulst bzw. Markierungswulst 54 ausgebildet, mit dem eine lagerichtige Montage des Dichtrings 12 in der Bohrung 16 festgestellt werden kann. Der Markierungswulst 54 ist bezüglich seiner Position an der Druckseite 50 genau definiert, um in einer annähernd komplementären Aussparung 56 in dem angrenzenden Filterbauteil 22 passgenau und platzsparend aufgenommen werden zu können.
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In den 2 bis 4 sind zwei Ausführungsbeispiele von kreisrunden Dichtringen 58 gemäß der Erfindung veranschaulicht, die im Hinblick auf ihre Orientierung, ihrer Dichtseite 26 und ihrer Rückseite 52 im Wesentlichen dem Dichtring 12 entsprechen.
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Bei den erfindungsgemäßen Dichtringen 58 ist jedoch jeweils die Druckseite 50 eben gestaltet, sodass der einzelne Dichtring 58 besonders einfach in den Pumpenzylinder 20 zur Montage eingeschoben werden kann. Im Gegensatz zu bekannten Dichtringen 12 ist im erfindungsgemäßen Dichtring 58 kein teurer, positionsgenau ausgeformter Markierungswulst 54 an der Druckseite 50 erforderlich, der zudem verschleißanfällig ist. Eine für eine gerichtete Montage benötigte Montagemarkierung ist vielmehr mittels einer erfindungsgemäß geformten Stützseite 42 des Dichtrings 58 ausgebildet.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist ein Dichtring 58 veranschaulicht, dessen Stützseite 42 mit drei Stützlippen geformt ist, mit der ersten Stützlippe 44, der zweiten Stützlippe 46 und einer zusätzlichen dritten Stützlippe 60. Diese drei Stützlippen 44, 46 und 60 weisen jeweils einen gleichen Außendurchmesser 62 auf, sodass die gesamten Außendurchmesser 62 auf einer gedachten kreiszylindrischen äußeren Mantelfläche des Dichtrings 58 liegen. Derart geformt, ist der Dichtring 58 in Pumpenzylindern 20 mit einer kreiszylinderförmigen Innenkontur besonders gut abstützend positioniert. Bereits bestehende Pumpenelemente können mit einem solchen Dichtring 58 nachgerüstet werden.
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Zwischen der ersten Stützlippe 44 und der zweiten Stützlippe 46 liegt der Abstand 48 und zwischen der zweiten Stützlippe 46 und der dritten Stützlippe 60 ein Abstand 64. Der Abstand 48 ist erheblich größer als der Abstand 64, sodass die derart geformte Stirnseite 42 bezogen auf die Mittelebene 41 stark asymmetrisch gestaltet ist. Deswegen kann allein anhand der Stirnseite 42 der Dichtring 58 lagerichtig montiert werden. Bei dieser Montage kann insbesondere der derart gestaltete Dichtring 58 maschinell abgetastet werden.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4 ist ein Dichtring 58 mit zwei Stützlippen 44 und 46 dargestellt. Bei diesem Dichtring 58 weist die erste Stützlippe 44 einen größeren ersten Außendurchmesser 62 und die zweite Stützlippe 46 einen kleineren zweiten Außendurchmesser 66 auf. Derart geformt, ist auch diese Stützseite 42 stark asymmetrisch zur Mittelebene 41 und damit als Erkennungsmerkmal für eine gerichtete Montage geeignet. Zudem liegen die beiden Außendurchmesser 62 und 66 auf einer gedachten, kegelstumpfförmigen äußeren Mantelfläche, wobei der größere Außendurchmesser 62 druckseitig positioniert ist. Beim Hinausfahren des Pumpenkolbens 28 erfährt der Dichtring 58 mit einer derart erfindungsgemäß gestalteten Stützseite 42 eine sich selbst verstärkende Dichtwirkung. Mit steigendem Druck entsteht auf den Dichtring 58 eine axial wirkende Pressung, die aufgrund der schrägen Anlagefläche an der kegelstumpfförmigen äußeren Mantelfläche dann zu einer radialen Anpressung der beiden Stützlippen 44 und 46 im Bereich dieser Mantelfläche führt. Besonders stark ist dieser Effekt, wenn der Dichtring 58 in einer Dichtanordnung 68 verwendet wird, die einen Absatz 70 in der Bohrung 16 aufweist. Der Absatz 70 bildet eine im Längsschnitt gerade, zur Längsachse 14 schräge Stützanlagefläche 72 für den dann lagerichtig montierten Dichtring 58 mit dessen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gestalteten Stützseite 42 (siehe 4).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010028223 A1 [0004]
- DE 102010030329 A1 [0004]
- DE 102008040996 A1 [0004]
- DE 102008040994 A1 [0004]
