DE10253901A1 - Mittels Drehmaschine gedrehte Stirnflächendichtung und Verfahren zum Abdichten eines irregulär geformten Hohlraumes - Google Patents

Abstract

Ein drehmaschinengedrehter Dichtring weist einen im Wesentlichen zylindrischen Ring aus Elastomermaterial auf, welcher um eine Mittelachse ausgebildet ist. Der Ring weist einen rechteckigen Querschnitt auf und hat einen Innendurchmesser, einen Außendurchmesser, gegenüberliegende ebene obere und untere Oberflächen und eine Vielzahl von winkelmäßig beabstandeten Positionierrippen, welche nach innen von dem Innendurchmesser vorstehen. Der Dichtring und die Nut, in welcher dieser angeordnet ist, können vorzugsweise mit einfachen und kosteneffektiven Drehmaschinen-Drehvorgängen hergestellt werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Hydraulikeinheiten wie zum Beispiel Pumpen und Motoren. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abdichten eines irregulär geformten Hohlraumes im Gehäuse einer Hydraulikeinheit wie beispielsweise einer Axialkolbenpumpe im offenen Kreislauf.
• Konventionelle Axialkolbenpumpen im offenen Kreislauf weisen oft einen irregulär geformten (nicht kreisförmigen) Hohlraum im Gehäuse auf zum Aufnehmen der Zylinderblockgruppe oder des Pumpteiles der Einheit sowie des Servokolbens und des Stellkolbens, welche die Schwenkplatte positionieren, um die Fluidverdrängung der Einheit aufzubringen. Obwohl der erforderliche Hohlraum einen großen kreisförmigen Mittelabschnitt zum Aufnehmen der Zylinderblockgruppe aufweist, erstrecken sich gegenüberliegende ohrartige Abschnitte nach außen, um den Stellkolben bzw. den Servokolben aufzunehmen. Da die Gesamtöffnung irregulär oder nicht kreisförmig ist, neigt die Verwendung eines O-Ringes mit einer kreisförmigen Gesamtform dazu, die Abmessung des Gehäuses zu vergrößern und vergrößert damit in unerwünschter Weise die Gesamtgröße der Hydraulikeinheit. Dichtungen sind versucht worden, um den Bereich um den irregulären Hohlraum abzudichten, das Leckagepotential ist jedoch oft unerwünscht hoch, und zwar besonders, wenn die Gesamtabmessungsanforderungen einen ausreichend großen effektiven Dichtungsdichtbereich nicht zulassen. Die Nachteile von Dichtungen haben einige Pumpenhersteller veranlaßt, gegossene O-Ringe für die Stirnflächendichtung des nicht kreisförmigen Bereiches zu verwenden. Infolge der hohen Kosten der Formen und der Werkzeuge sind jedoch gegossene O-Ringe relativ teuer. Das trifft insbesondere zu, wenn ein O-Ring mit nicht kreisförmigem Querschnitt erwünscht ist. Daher gibt es ein Bedürfnis nach einer verbesserten Vorrichtung und einem verbesserten Verfahren zum Abdichten des irregulär geformten Gehäusehohlraumes einer Hydraulikeinheit.
• Deshalb besteht ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren für eine Stirnflächendichtung um einen irregulär geformten Hohlraum zu schaffen.
• Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine Stirnflächendichtring- und Stirnflächennutanordnung zu schaffen, welche durch Drehbearbeitung mit niedrigen Kosten anstelle von teuren Gieß- und Zerspanoperationen hergestellt werden kann.
• Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine einzige auf einer Drehmaschine gedrehte Stirnflächendichtung zum Abdichten des irregulären Bereiches zwischen dem Gehäuse und einer Endkappe einer Hydraulikpumpe zu schaffen.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines auf einer Drehmaschine gedrehten Dichtringes, welcher einen rechteckigen Querschnitt und Positionierrippen an seinem Innendurchmesser zum besseren Abdichten und Druckeinschließen aufweist.
• Diese und weitere Ziele werden aus den Zeichnungen sowie aus der Beschreibung und den Ansprüchen, welche folgen, deutlich.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abdichten eines irregulär geformten Hohlraumes in einer Hydraulikeinheit. Ein Dichtring weist einen im Wesentlichen zylindrischen Ring aus einem Elastomermaterial auf, welcher um eine Mittelachse gebildet ist. Der Ring weist einen rechteckigen Querschnitt, gegenüberliegende ebene obere und untere Oberflächen auf, welche eine nominelle axiale Dicke dazwischen definieren, sowie einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser mit einer Ringachse, welche zentral dazwischen angeordnet ist. Der Innendurchmesser weist eine Vielzahl von winkelmäßig oder umfangsmäßig beabstandeter Positionierrippen auf, welche daran ausgebildet sind und von diesem nach innen vorstehen. Die Rippen weisen ein gebogenes Profil in einer Ebene auf, welches senkrecht zu der Mittelachse liegt. Vorteilhafterweise können der Dichtring gemäß dieser Erfindung und die Nut, in welche er hineinpaßt, durch Drehen auf einer Drehmaschine ausgebildet werden. Somit kann eine zuverlässige und kosteneffektive Stirnflächendichtverbindung geschaffen werden. Das Verfahren zum Schaffen einer solchen Verbindung ist ebenfalls hier offenbart.
• Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Draufsicht des Dichtringes gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 eine Seitenaufrißansicht des Stirnflächendichtringes gemäß Fig. 1;
• Fig. 3 eine vergrößerte Teildraufsicht, welche eine der Positioniernppen des Dichtringes gemäß Fig. 1 zeigt;
• Fig. 4 eine Seitenaufrißansicht von einer der Positioniernppen entlang der Linie 4-4 gemäß Fig. 1;
• Fig. 5 eine Draufsicht des Dichtringes gemäß Fig. 1, welcher in einer Nut in dem Gehäuse eingebaut ist;
• Fig. 6 eine Querschnittsansicht der Nut und des Dichtringes entlang der Linie 6-6 gemäß Fig. 5, wobei eine Endkappe ebenfalls benachbart zu dem Dichtring gezeigt ist; und
• Fig. 7 eine Draufsicht des hinteren Endes eines Gehäuses einer Pumpe im offenen Kreislauf, welche den irregulär geformten Hohlraum und die die Dichtung aufnehmende Nut zeigt, welche um diesen herum ausgebildet ist, und zwar gemäß dieser Erfindung.
• In den Fig. 1 bis 4 ist der Dichtring 10 gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet. Der Dichtring 10 ist im Wesentlichen zylindrisch und weist eine Mittelachse 12, einen Außendurchmesser 14 und einen Innendurchmesser 16 auf. Der Außendurchmesser 14 und der Innendurchmesser 16 sind vorzugsweise konzentrisch zueinander und zur Mittelachse 12. Daher ist eine Ringachse 17 zwischen dem Außendurchmesser 14 und dem Innendurchmesser 16 mittig angeordnet. Der Dichtring 10 weist eine nominelle Breite W über den Außen- und den Innendurchmesser 14 bzw. 16 auf. Der Ring 10 beinhaltet eine Vielzahl von umfangsmäßig oder winkelmäßig beabstandeten Positionierrippen 18, welche an dem Außendurchmesser ausgebildet sind und von diesem nach innen vorstehen. Die Rippen 18 weisen vorzugsweise ein bogenförmiges Profil in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse 12 auf. Bei dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Rippen 18 entlang des Umfangs des Innendurchmessers 16 gleich beabstandet, und der Abstand oder Winkel β dazwischen ist etwa 14 Grad. Selbstverständlich kann ein anderer Abstand verwendet werden, ohne von der Erfindung abzuweichen.
• Der Dichtring 10 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Dichtring hat gegenüberliegende, vorzugsweise parallele ebene obere und untere Oberflächen 20, 22, welche eine nominelle axiale Dicke T dazwischen definieren. Der Dichtring 10 hat einen kontinuierlichen ununterbrochenen rechteckigen Querschnitt in einer Ebene, welche sich senkrecht zu der Ringachse 17 an einem Ort entfernt von den Rippen 18 erstreckt. Der rechteckige Querschnitt kann quadratisch sein.
• Der Dichtring 10 ist aus einem Elastomermaterial, vorzugsweise einem Fluorkarbonmaterial ausgebildet. Gemäß dem besten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das bevorzugte Material für die Anwendung für ein Gehäuse einer Pumpe im offenen Kreislauf Fluorkarbon AMSR 83248 Typ 1 - Klasse 1 mit 75 Durometer. Dieses Material ist verfügbar von Parker Hannifin Corp., Goshen, Indiana, USA. Natürlich können andere bekannte Materialien wie zum Beispiel Nitril, Bung N usw. ebenfalls verwendet werden, ohne von der Erfindung abzuweichen, sofern das Material den gewünschten Betriebszuständen widerstehen kann.
• Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen den Aufbau der Positionierrippen 18 in detaillierterer Form. Ein Radius R an drei Stellen, wie in Fig. 3 gezeigt, definiert jede Positionierrippe 18. Ein Radius R erstreckt sich von einer Mittelachse 24, wie dargestellt. Die Innenradien, welche die Rippe 18 mit dem Innendurchmesser 16 ineinander übergehen lassen, sind um die Mittelachsen 25 bzw. 27 ausgebildet. Die Rippe 18 steht vorzugsweise vom Innendurchmesser 16 um eine Höhe oder Breite W1 vor, welche geringer ist als die nominelle Breite W des Ringes 10. Vorzugsweise sind die Mittelachsen 24, 25, 27 und der Radius R so ausgewählt, daß die Breite W1 ungefähr 2/3 der nominellen Breite W des Ringes 10 beträgt.
• Das Verfahren zum Herstellen des Dichtringes 10 gemäß dieser Erfindung ist schnell, leicht und kosteneffizient. Der Dichtring 10 wird durch ein Verfahren mittels Drehen durch eine Drehmaschine durch ein hohles längliches röhrenförmiges Extrusionsprofil senkrecht zu seiner Mittellängsachse gebildet. Die Positionierrippen 18 sind in dem Extrusionsprozeß gebildet, und die flachen ebenen oberen und unteren Oberflächen 20, 22 werden durch Abdrehen des Extrusionsprofils auf einer Drehmaschine gebildet. Dieses Verfahren basiert auf relativ kostengünstigen Extrusionsdüsen und Drehmaschinen- Drehwerkzeugen, nicht jedoch auf teureren Spritzgießformen.
• Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen das Verfahren zur Verwendung des Dichtringes 10 gemäß dieser Erfindung, um eine verbesserte abgedichtete Verbindung zu schaffen. Ein Pumpengehäuse 26 weist eine im Wesentlichen ebene rückseitige Endoberfläche 28 mit einem darin ausgebildeten irregulär geformten Hohlraum 30 auf. Der Hohlraum 30 hat einen kreisförmigen Abschnitt 32 zum Aufnehmen der Zylinderblockgruppe der Pumpe (nicht gezeigt). Ohren 34, 36 erstrecken in entgegengesetzte Richtungen von dem kreisförmigen Abschnitt 32, um den Servokolben und den Stellkolben der Pumpe (nicht gezeigt) aufzunehmen. Die Oberfläche 28 hat einen äußeren Umfangsrand 38. Eine erste kreisförmige Nut 40 mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und einer Mittelachse 41 wird in die rückseitige Oberfläche 28 des Pumpengehäuses 26 während des Drehmaschinen- Drehvorganges eingedreht. Eine zweite kreisförmige Nut 42 mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und einer Mittelachse 43 wird in einem zweiten Drehmaschinen-Drehvorgang eingedreht. Die Nuten 40, 42 weisen vorzugsweise eine gleichmäßige Tiefe D auf und bilden zusammen eine kombinierte Begrenzungsnut 44, welche sich um den irregulär geformten Hohlraum 30 erstreckt, und nimmt den Dichtring 10 auf. Die Nuten 40, 42 und 44 weisen vorzugsweise eine Breite W2 auf, welche geringfügig größer ist als die Breite des Dichtringes 10 (W1 + W). Die Tiefe D der Nuten 40, 42 und 44 ist vorzugsweise geringer als die Dicke T des Dichtringes 10.
• Eine Vielzahl von Gewindebohrungen 46 erstreckt sich in die Oberfläche 28 des Pumpengehäuses 26 an Stellen, welche radial nach außen von der Begrenzungsnut 44 angeordnet sind. Wie es am besten aus Fig. 6 zu sehen ist, ist eine Endkappe oder ein Deckel 50, welche bzw. welcher eine im Wesentlichen ebene Dichtfläche 52 der Pumpe aufweist, benachbart zu dem Dichtring 10 und der rückseitigen Endoberfläche 28 des Pumpengehäuses 26 angeordnet. Eine Vielzahl von Bolzen 48 wird dann durch die Spielbohrungen 54 in der Endkappe eingeführt, um diese dichtend an dem Pumpengehäuse 26 anzubringen. Wenn die Pumpendichtfläche 52 der Endkappe 50 gegen die Oberfläche 28 des Pumpengehäuses 26 geklemmt oder gezogen wird, wird der Dichtring 10 gequetscht, um an der Trennstelle eine Stirnflächendichtung zu bilden. Die Positionierrippen 18 neigen dazu, den inneren Umfang der Nut 44 zu kontaktieren und den Außendurchmesser 14 des Dichtringes 10 nach außen zu drücken, was die Druckabdichtungsfähigkeiten der Verbindung verbessert.
• Im Allgemeinen schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abdichten eines irregulär geformten (nicht kreisförmigen) Eingangs in einen Hohlraum 30 zwischen einem ersten und einem zweiten Element 26, 50. Das Verfahren beinhaltet ein Drehen auf einer Drehmaschine von einer Vielzahl von radial sich überlappenden kreisförmigen Ringnuten 40, 42 mit rechteckigen Querschnitten in einer ebenen Oberfläche 28 oder 52 des einen der Elemente 26, 50, um so den irregulären Eingang des abzudichtenden Hohlraumes zu umrunden oder zu umlaufen. Zusammen bilden die Nuten 40, 42 eine nicht kreisförmige äußere dichtungsaufnehmende Nut 44. Der Monteur installiert den auf einer Drehmaschine gedrehten Dichtring 10 gemäß dieser Erfindung in der die Dichtung aufnehmenden Nut 44 und klemmt das erste und das zweite Element 26, 50 zusammen, bis der Dichtring 10 eine geeignete Stirnflächendichtung schafft. Die Fachleute werden erkennen, daß die Nuten 40, 42 und 44 auch in den Deckel oder die Endkappe 50 anstelle in das Pumpengehäuse 26 eingedreht sein können. In diesem Fall würde der Dichtring 10 in den Deckel oder der Endkappe 50 installiert sein.
• Somit wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung zumindest die aufgestellten Ziele erreicht.

Claims (19)

1. Dichtung, aufweisend:
einen im Wesentlichen zylindrischen Ring aus Elastomermaterial, welcher um eine Mittelachse gebildet ist;
wobei der Ring einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, gegenüberliegende ebene obere und untere Oberflächen, welche eine nominelle axiale Dicke dazwischen definieren, und einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser mit einer Ringachse, welche dazwischen mittig angeordnet ist, aufweist;
wobei der Innendurchmesser eine Vielzahl von winkelmäßig beabstandeten Positionierrippen aufweist, welche daran ausgebildet sind und von diesem nach innen vorstehen.

2. Dichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Innen- und der Außendurchmesser konzentrisch zueinander und zu der Mittelachse sind.

3. Dichtung nach Anspruch 1, bei welcher der im Wesentlichen rechteckige Querschnitt kontinuierlich und ununterbrochen in einer Ebene ist, welche sich senkrecht zu der Ringachse erstreckt.

4. Dichtung nach Anspruch 1, bei welcher die obere und die untere Oberfläche parallel zueinander sind.

5. Dichtung nach Anspruch 4, bei welcher der Dichtring einen kontinuierlichen ununterbrochenen quadratischen Querschnitt in einer Ebene hat, welche sich senkrecht zu der Ringachse an einem Ort entfernt von den Rippen erstreckt.

6. Dichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Rippen ein bogenförmiges Profil in einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse aufweisen.

7. Dichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Rippen gleichmäßig beabstandet vollständig um den Umfang des Innendurchmessers sind.

8. Dichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Ring eine nominelle Breite aufweist, welche durch die Hälfte der Differenz zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser definiert ist, und die Rippen von dem Innendurchmesser um eine Entfernung vorstehen, welche etwa 2/3 der nominellen Breite beträgt.

9. Dichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Elastomermaterial ein Fluorkarbonmaterial ist.

10. Dichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Ring ein Produkt ist, welches durch ein Verfahren durch Drehen auf einer Drehmaschine durch ein hohles längliches Extrusionsprofil senkrecht zu seiner Mittellängsachse gebildet ist.

11. Dichtung, aufweisend:
einen im Wesentlichen zylindrischen Ring aus flexiblem Material;
wobei der Ring einen rechteckigen Querschnitt und eine Außendurchmesser- und eine Innendurchmesserfläche aufweist; und
wobei die Innendurchmesserfläche eine Vielzahl von winkelmäßig beabstandeten Positionierrippen aufweist, welche an dieser ausgebildet sind und von dieser nach innen vorstehen.

12. Dichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Dichtung durch Drehen eines engen Segmentes aus einem im Wesentlichen zylindrischen Rohr eines Materials mit einer Innendurchmesser- und einer Außendurchmesserfläche mit winkelmäßig beabstandeten Positionierrippen hergestellt ist, welche an der Innendurchmesserfläche ausgebildet sind, wobei das Drehen in einer Ebene senkrecht zu einer Mittellängsachse des Rohres stattfindet.

13. Stirnflächenabgedichtete Verbindung, aufweisend:
ein erstes und ein zweites Element, welche übereinander angeordnet sind, wobei jedes eine im Wesentlichen ebene Fläche daran zum zueinanderpassenden Zusammenfügen der im Wesentlichen ebenen Oberfläche an der anderen des ersten und des zweiten Elementes aufweist;
wobei entweder das erste oder das zweite Element einen Hohlraum aufweist, welcher sich nach innen von einem nicht kreisförmigen Eingang in dessen ebener Oberfläche erstreckt;
wobei das erste oder das zweite Element eine Vielzahl von kreisförmigen Ringnuten in dessen ebener Oberfläche aufweist, wobei die Nuten identische im Wesentlichen rechteckige Querschnitte aufweisen und sich teilweise radial so überlappen, daß eine einzige kombinierte Begrenzungsnut einer gegebenen Tiefe gebildet ist, welche komplett den Eingang des Hohlraumes umläuft;
einen drehmaschinengedrehten Elastomer-Dichtring, welcher einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und in der Begrenzungsnut angeordnet ist, wobei der Dichtring einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser und gegenüberliegende ebene obere und untere Oberflächen aufweist, welche eine nominelle axiale Dicke dazwischen definieren, welche größer ist als die Tiefe der Begrenzungsnut; und
eine Einrichtung zum Klemmen des zweiten Elementes und des ersten Elementes so zusammen, daß ein Sandwich mit Dichtring dazwischen gebildet ist.

14. Verbindung nach Anspruch 13, bei welcher der Innendurchmesser des Dichtringes eine Vielzahl von umfangsmäßig beabstandeten Positioniernppen aufweist, welche an diesem ausgebildet sind und radial von diesem nach innen vorstehen.

15. Verbindung nach Anspruch 13, bei welcher die Vielzahl von Nuten ein Paar Nuten ist und die Begrenzungsnut die Form einer Acht aufweist.

16. Verbindung nach Anspruch 13, bei welcher die Begrenzungsnut und der Hohlraum beide im ersten Element sind.

17. Verbindung nach Anspruch 13, bei welcher das erste Element ein Pumpengehäuse und das zweite Element eine Endkappe ist.

18. Verfahren zum Abdichten von Hydraulikfluid in einem Hohlraum mit einem nicht kreisförmigen Eingang an einer ebenen Fläche eines ersten Elementes, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Schaffen eines Deckels mit einer ebenen Oberfläche daran, welche so ausgebildet ist, daß sie passend die ebene Oberfläche des ersten Elementes in einer voll abdeckenden Beziehung zu dem Eingang des Hohlraumes berührt;
Bilden einer nicht kreisförmigen, eine Dichtung aufnehmenden Nut in einer ebenen Oberfläche der ebenen Oberflächen des ersten Elementes und des Deckels, wobei die die Dichtung aufnehmende Nut in der Lage ist, den Eingang des Hohlraumes komplett zu umlaufen und eine innere Peripherie, eine äußere Peripherie, eine gegebene Tiefe und eine gegebene Breite aufweist;
wobei die die Dichtung aufnehmende Nut in einer Reihe von Drehmaschinen-Drehoperationen gebildet wird, wobei eine Vielzahl von radial überlappenden Ringnuten mit einer gegebenen Tiefe in die eine ebene Oberfläche gedreht werden;
Installieren eines auf einer Drehmaschine gedrehten Stirnflächendichtringes aus Elastomermaterial mit rechteckigem Querschnitt in der die Dichtung aufnehmenden Nut, wobei der Ring eine Dicke, welche größer ist als die Tiefe der die Dichtung aufnehmenden Nut, und eine Breite aufweist, welche geringer ist als die Breite der die Dichtung aufnehmenden Nut;
Übereinanderlegen der ebenen Oberfläche des Deckels mit der ebenen Oberfläche des ersten Elementes derart, daß der Dichtring dazwischen angeordnet ist und vollständig den Eingang zu dem Hohlraum umläuft;
Zusammenklemmen der ebenen Oberflächen des ersten Elementes und des Deckels durch Anlegen von Klemmkräften an einer Vielzahl von Orten, welche radial nach außen von der äußeren Peripherie der die Dichtung aufnehmenden Nut beabstandet sind.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem die die Dichtung aufnehmende Nut in der ebenen Oberfläche des ersten Elementes ausgebildet wird.