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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Dichtring, der in Umfangsrichtung an einer Stelle eine sich in radialer Richtung erstreckende Durchtrennung aufweist, die sich in axialer Richtung zwischen beiden Stirnseiten des Dichtrings erstreckt.
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Ein solcher Dichtring ist allgemein bekannt und gelangt zum Beispiel als Kolbendichtring zur Anwendung.
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Die Durchtrennung ermöglicht es, den Dichtring von radial außen auf den Kolben zu montieren. Dazu wird der Dichtring zunächst im Bereich der Durchtrennung in radialer Richtung elastisch aufgeweitet, im Bereich der Durchtrennung über den Kolben geführt und anschließend in seinem Einbauraum angeordnet.
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Die Durchtrennung kann zum Beispiel formgebungstechnisch hergestellt werden oder dadurch, dass ein herstellungsbedingt zunächst kreisringförmig in sich geschlossener Dichtring nachträglich an einer Stelle seines Umfangs in radialer Richtung durchtrennt wird. Die Durchtrennung wird durch einen glatten Schnitt hergestellt.
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Unabhängig davon, ob die Durchtrennung formgebungstechnisch oder nachträglich hergestellt wird, sind die die Durchtrennung begrenzenden Begrenzungsflächen eben und glatt.
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Es hat sich gezeigt, dass eine solche Durchtrennung des Dichtrings mit ebenen und glatten Begrenzungsflächen während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings häufig zu einer unerwünscht großen Leckage führt, die dadurch verursacht wird, dass die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten Begrenzungsflächen praktisch nie deckungsgleich und/oder praktisch nie möglichst großflächig aneinander anliegen. Oft liegt das an nicht zu vermeidenden, herstellungsbedingten Toleranzen, die im eingebauten Zustand des Dichtrings zu einem minimalen Spalt im Bereich der Durchtrennung führen.
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Solche unerwünschten Gebrauchseigenschaften sind unabhängig von der Gestalt der vorbekannten Durchtrennungen. Die vorbekannten Durchtrennungen können einen geraden Stoß, einen schrägen Stoß oder einen so genannten 3D-Stoß aufweisen.
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Unter einem geraden Stoß wird in diesem Zusammenhang eine geradlinig verlaufende Durchtrennung verstanden, die sich rechtwinklig zu den Stirnseiten des Dichtrings erstreckt.
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Unter einem schrägen Stoß wird eine geradlinig verlaufende Durchtrennung verstanden, die sich in einem von einem rechten Winkel abweichenden Winkel zwischen den Stirnseiten des Dichtrings erstreckt, um eine Vergrößerung der Begrenzungsflächen und dadurch eine verbesserte Abdichtung des Stoßes zu erreichen.
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Demgegenüber wird unter einem so genannten 3D-Stoß ein Stoß verstanden, dessen beide Stoßenden durch eine mehrdimensionale Geometrie formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Stand der Technik
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieser trotz der Durchtrennung verbesserte Gebrauchseigenschaften aufweist, insbesondere dass die Durchtrennung des Dichtrings praktisch keine nachteiligen Auswirkungen auf die Dichtwirkung des Dichtrings hat.
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Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung des Dichtrings gezeigt werden, das prozesssicher, einfach und kostengünstig durchführbar ist.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dichtring gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst.
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Auf vorteilhafte Ausgestaltungen des Dichtrings nehmen die auf Anspruch 1 direkt oder indirekt rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Auf vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nehmen die auf Anspruch 5 direkt oder indirekt rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Dichtring vorgesehen, der in Umfangsrichtung an einer Stelle eine sich in radialer Richtung erstreckende Durchtrennung aufweist, die sich in axialer Richtung zwischen beiden Stirnseiten des Dichtrings erstreckt, wobei radial innenseitig der Durchtrennung eine Materialschwächung angeordnet ist, wobei die Materialschwächung als Sollbruchstelle ausgebildet ist und wobei die Durchtrennung durch einen Riss gebildet ist, der durch in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnete, unregelmäßig ausgebildete Bruchflächen begrenzt ist.
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Hierbei ist von Vorteil, dass eine derart ausgebildete Durchtrennung, im Vergleich zu einem kreisringförmigen, in sich geschlossenen Dichtring, nicht zu einer erhöhten Leckage des Dichtrings während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung führt. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Begrenzungsflächen der Durchtrennung nicht eben und glatt sondern als unregelmäßig ausgebildete Bruchflächen ausgebildet sind, die einen Riss begrenzen, der die Durchtrennung bildet.
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Während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings, also eingebaut in einer Dichtungsanordnung und in deren Betrieb, legen sich die in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten Bruchflächen perfekt dichtend aneinander an. Unerwünschte Spalte im Bereich der Durchtrennung, die zu einer erwünschten Leckage führen würden, werden dadurch vermieden. Die Herstellung einer Durchtrennung durch einen Riss ist, wie später noch ausgeführt werden wird, denkbar einfach. Außerdem ist von Vorteil, dass die Bruchflächen im Anschluss an die Herstellung des Risses sofort in ihrer gebrauchsfertigen Form vorliegen. Eine Nachbearbeitung der Bruchflächen ist nicht erforderlich, sollte sogar unbedingt vermieden werden.
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Die als Materialschwächung vorgesehene Sollbruchstelle begünstigt die Herstellung des Risses an einer in Umfangsrichtung vorherbestimmten Stelle.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Sollbruchstelle durch eine Nut mit dreieckförmigem oder halbkreisförmigem Querschnitt gebildet ist und dass sich die Sollbruchstelle in axialer Richtung zwischen den beiden Stirnseiten erstreckt. Die Herstellung einer solchen Sollbruchstelle kann zum Beispiel formgebungstechnisch erfolgen oder dadurch, dass die Sollbruchstelle nachträglich durch spanabhebende Verfahren hergestellt wird. Die Erstreckung der Sollbruchstelle in axialer Richtung zwischen den beiden Stirnseiten bewirkt ein zuverlässiges und kontrolliertes Aufreißen des Dichtrings entlang seiner gesamten radialen Erstreckung über seine gesamte axiale Breite.
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Eine Nut mit dreieckförmigem Querschnitt weist im Bereich ihres Nutgrunds eine vergleichsweise scharfe Kante auf. Durch die Sollbruchstelle an sich und die Kerbspannungen im Nutgrund wird ein leichtes Aufreißen des Dichtrings begünstigt.
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Durch das Aufreißen des Dichtrings sind die unregelmäßig ausgebildeten Bruchflächen im Wesentlichen kongruent zueinander ausgebildet und bilden während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings, wenn die Bruchflächen aufeinanderliegen, gemeinsam eine Vielzahl von Labyrinthdichtungen. Die vorteilhaften Gebrauchseigenschaften des Dichtrings, insbesondere die ausgezeichnete Abdichtung der Durchtrennung, ist auf die kongruente Gestalt der Bruchflächen und die Labyrinthdichtungen zurückzuführen, die durch das deckungsgleiche Aufeinanderliegen der Bruchflächen während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings zurückzuführen sind.
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Der Dichtring besteht bevorzugt aus einem polymeren Werkstoff. Zur Herstellung des Dichtrings sind polymere Werkstoffe mit geringer Bruchdehnung von Vorteil, wie beispielsweise thermoplastische Fluorpolymere
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Dichtrings.
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Im Vergleich zu einem Dichtring mit formgebungstechnisch hergestellter Durchtrennung oder einer Durchtrennung, die zum Beispiel durch einen glatten Schnitt durch den Dichtring hindurch hergestellt wird, liegt dem beanspruchten Verfahren die Aufgabe zugrunde, dass dieses einfacher und schneller durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einem ersten Verfahrensschritt zunächst ein kreisringförmig in sich geschlossener Dichtring, wie zuvor beschrieben, hergestellt wird und dass der Dichtring in einem zweiten Verfahrensschritt in radialer Richtung so lange aufgeweitet wird, bis er reißt und dadurch die Durchtrennung gebildet wird. Hierbei ist von Vorteil, dass der zweite Verfahrensschritt ein besonders einfacher ist. Ist der Dichtring gerissen und die Durchtrennung in Form des Risses gebildet, befindet sich der Dichtring sofort im gebrauchsfertigen Zustand; einer Nachbearbeitung der Begrenzungsflächen des Risses bedarf es nicht, und die gute Abdichtung des Risses stellt sich im Anschluss an die Montage des Dichtrings in eine Dichtungsanordnung besonders einfach und selbsttätig dadurch ein, dass die beiden Begrenzungsflächen deckungsgleich und dichtend aufeinanderliegen.
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Um ein definiertes und einfaches Aufreißen des Dichtrings in Umfangsrichtung an einer Stelle zu erzielen, kann die Sollbruchstelle generell, wie zuvor bereits beschrieben, formgebungstechnisch durch Urformen hergestellt werden, oder es kann vorgesehen sein, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Verfahrensschritt in einem Zwischenschritt die Sollbruchstelle hergestellt wird.
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Die Sollbruchstelle kann im Zwischenschritt durch ein spanabhebendes Verfahren hergestellt werden. Ein spanabhebendes Verfahren zur Herstellung der Sollbruchstelle hat den Vorteil, dass dadurch eine stärkere Kerbwirkung im Nutgrund der Sollbruchstelle bei radialer Aufweitung des Dichtrings vorliegt, insbesondere dann, wenn eine Sollbruchstelle durch eine Nut mit dreieckförmigem Querschnitt hergestellt wird, sodass der Dichtring auch bei Aufweitung in radialer Richtung mit einer vergleichsweise geringen Radialkraft prozesssicher durchtrennt werden kann und dadurch der Riss entsteht, der durch die vorteilhaften, unregelmäßig ausgebildeten Bruchflächen begrenzt ist.
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Figurenliste
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In den 1 bis 12 sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Dichtrings in schematischer Darstellung gezeigt.
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In den 1 bis 3 ist ein ringförmig in sich geschlossener Dichtring gezeigt, der eine Materialschwächung aufweist, die durch eine Sollbruchstelle gebildet ist. Die Sollbruchstelle ist eine Nut mit dreieckförmigem Querschnitt.
- In 1 ist eine Ansicht auf eine der beiden Stirnseiten des Dichtrings gezeigt,
- in 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus dem Dichtring im Bereich der Sollbruchstelle gezeigt,
- in 3 ist ein Schnitt durch den Dichtring aus 1 entlang der Linie A-A gezeigt.
- In den 4 bis 6 ist der Dichtring aus den 1 bis 3 gezeigt, wobei die Durchtrennung des Dichtrings durch einen Riss gebildet ist, mit unregelmäßig ausgebildeten Bruchflächen, die den Riss in Umfangsrichtung begrenzen.
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In 4 ist eine Ansicht auf eine der beiden Stirnseiten des Dichtrings gezeigt,
in 5 ein vergrößerter Ausschnitt aus dem Dichtring im Bereich des Risses und in 6 einen Schnitt durch den Riss entlang der Linie A-A.
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Die 7 bis 9 entsprechen im Wesentlichen den 1 bis 3, die 10 bis 12 im Wesentlichen den 4 bis 6, wobei sich die Dichtringe nur durch die Gestalt ihrer Sollbruchstellen voneinander unterscheiden. Anstelle der Nut mit dreieckförmigem Querschnitt gelangt in den 7 bis 12 eine Nut mit halbkreisförmigem Querschnitt zur Anwendung.
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Ausführung der Erfindung
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In den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dichtrings im noch nicht gebrauchsfertigen Zustand gezeigt.
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Radial innenseitig weist der Dichtring in Umfangsrichtung 1 an einer Stelle 2 bereits die Materialschwächung 8 auf, die die Sollbruchstelle 9 bildet.
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Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Sollbruchstelle 9 durch die Nut 13 mit dreieckförmigem Querschnitt gebildet.
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Im Anschluss an den ersten Verfahrensschritt liegt ein kreisringförmig in sich geschlossener Dichtring vor, der entweder formgebungstechnisch bereits die Sollbruchstelle 9 aufweist oder in den in einem Zwischenschritt die Sollbruchstelle 9 eingebracht wird.
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In 2 ist die Sollbruchstelle 9 in vergrößerter Darstellung gezeigt.
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In 3 ist ein Schnitt durch die Sollbruchstelle entlang der Linie A-A gezeigt.
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In 4 ist der gebrauchsfertige Dichtring aus den 1 bis 3 gezeigt, der die Durchtrennung 4 in Form des Risses 10 aufweist.
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In einem zweiten Verfahrensschritt wird der zunächst noch kreisringförmig in sich geschlossene Dichtring in radialer Richtung 3 so lange durch die Radialkraft FR aufgeweitet, bis er, ausgehend von der als Sollbruchstelle 9 ausgebildeten Materialschwächung 8, reißt und dadurch den Riss 10 bildet. Die Bruchflächen 11, 12, die den Riss 10 in Umfangsrichtung 1 begrenzen, sind unregelmäßig ausgebildet, im Wesentlichen kongruent zueinander und bilden während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings gemeinsam eine Vielzahl von Labyrinthdichtungen 14, die dadurch entstehen, dass die beiden unregelmäßig ausgebildeten Bruchflächen 11, 12, wie in den 4 und 5 schematisch dargestellt, während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings praktisch deckungsgleich aufeinanderliegen.
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In 4 ist der Riss 10 in vergrößerter Darstellung gezeigt.
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In 6 ist ein Schnitt durch den Riss 10 entlang der Linie A-A gezeigt.
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Der Dichtring aus den 7 bis 12 entspricht im Wesentlichen dem Dichtring aus den 1 bis 6, wobei sich nur die als Nuten 13 ausgebildeten Sollbruchstellen 9 voneinander unterscheiden. Anstelle einer Nut mit dreieckförmigem Querschnitt, hat die Nut 13 im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 7 bis 12 einen halbkreisförmigen Querschnitt.
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Die Aufweitung des Dichtrings in radialer Richtung 3 im zweiten Verfahrensschritt kann dadurch vorgenommen werden, dass der Dichtring entsprechend den 1 bis 3 und 7 bis 9 auf einen konischen Dorn aufgeschoben wird, bis erden konischen Dorn unter radialer Vorspannung außenumfangsseitig umschließt. Anschließend wird der Dichtring in axialer Richtung weiter auf den konischen Dorn aufgeschoben, so lange, bis der Dichtring, beginnend an der Sollbruchstelle 9, reißt. Der dadurch gebildete Riss 10 wird in Umfangsrichtung 1 durch die unregelmäßig ausgebildeten Bruchflächen 11, 12 begrenzt.
