-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Öldichtungsring aus einem Kunstharz hauptsächlich zur Verwendung zum Abdichten von Hydrauliköl in einem Automatikgetriebe wie etwa einem Drehmomentwandler oder einer hydraulischen Kupplung.
-
Einige herkömmliche Dichtungsringe dieses Typs bestehen aus Gußeisen und andere aus PTFE (Polytetrafluoräthylen-Kunstharz). Einige neuere Dichtungsringe werden durch Spritzgußformen eines Kunstharzes hergestellt, um die Abnutzungsfestigkeit und die Öldichtungseigenschaften zu verbessern und die Produktionskosten zu verringern.
-
Ein solcher Dichtungsring wird zwischen einer rotierenden Welle und einem Zylinder angeordnet, so daß er sich dreht, wenn sich beide Elemente relativ zueinander drehen, und er gleitet, wenn sie sich axial zu einander bewegen. Es ist erforderlich, daß der Dichtungsring in der Lage ist, ausreichende Dichtungseigenschaften beizubehalten, selbst wenn die rotierende Welle und der Zylinder nicht maßhaltig sind oder vibrieren.
-
Ein Problem bei einem Öldichtungsring, der durch Spritzgußformen eines Kunstharzes hergestellt wird, und insbesondere bei einem Dichtungsring mit einem großen Durchmesser und Umfang ist die Tatsache, daß, wenn die Position der Materialeinspritzöffnung nicht exakt ist, seine Dimensionen und die Zusammensetzung des Materials ungleichmäßig sein können.
-
Aus der
US 3 245 693 A ist ein Öldichtungsring bekannt, der aus Gummi oder aus einem anderen geeigneten formbaren Material hergestellt ist. Der Dichtungsring hat die Form eines geraden, langgestreckten Zylinders, an dessen einem Ende sich ein Kopf befindet und an dessen anderem Ende eine Aufnahme angeordnet ist. Um einen U-Ring zu formen, wird der Zylinder zu einem Ring gebogen, wobei der Kopf in die Aufnahme eingesetzt wird. Auf diese Weise wird eine lösbare Verbindung hergestellt.
-
Das Dokument
US 2 768 036 A offenbart einen Öldichtungsring, der aus Teilsegmenten hergestellt ist. Jedes Teilsegment besteht aus einem langgestreckten geraden Zylinder, an dessen einem Ende ein Kopf ausgebildet ist und an dessen anderem Ende sich eine Aussparung befindet. Die Teilsegmente werden miteinander verbunden, so dass ein geschlossener U-Ring gebildet wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Öldichtungsring aus Kunstharz zu schaffen, der gleichförmige Eigenschaften über die gesamte Abmessung hat sowie eine Form für einen solchen Öldichtungsring zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Insbesondere wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Öldichtungsring aus einem Kunstharz zur Verfügung gestellt, der zwei getrennte, einander gegenüberliegende Enden aufweist und durch Einspritzgußformen eines Kunstharzes hergestellt wird, wobei der Dichtungsring einen Einspritzpunkt zum Einspritzen eines Materials besitzt, der im wesentlichen in der Mitte des gesamten Dichtungsrings angeordnet ist.
-
Mit dieser Anordnung sind die Längen der Bereiche des Dichtungsrings zwischen dem Einspritzpunkt und beiden Enden des Dichtungsrings im wesentlichen einander gleich, so daß es möglich ist, den Dichtungsring mit gleichförmigen Dimensionen und gleichmäßiger Zusammensetzung über seine gesamte Länge zu formen. Ein solcher Dichtungsring besitzt eine ausreichende Festigkeit, so daß er niemals unter hohen Öldruck und/oder unter einem Drehmoment abgerieben oder abgenutzt wird. Außerdem wird er eine hohe Dichtungsfähigkeit auch bei Vibration oder schnellem Drehen aufweisen.
-
Erfindungsgemäß ist der Einspritzpunkt an einer Position angeordnet, die um ±30 Grad von dem Mittelpunkt der Gesamtlänge des Dichtungsringsrings entfernt ist. Mit dieser Anordnung kann eine Spannungskonzentration an dem Einspritzpunkt vermieden werden, wenn der Dichtungsring mit Gewalt an seinem getrennten Bereich auseinander gedrückt wird, um ihn in eine Dichtungsnut des paarigen Elements zu montieren.
-
Erfindungsgemäß wird eine Form für das Spritzgußformen eines Öldichtungsrings aus einem Kunstharz zur Verfügung gestellt, wobei die Form einen Hohlraum zum Formen des Öldichtungsrings besitzt, welcher zwei getrennte, einander gegenüberliegende Enden besitzt, wobei die Form außerdem eine Öffnung zum Einspritzen des Materials für den Dichtungsring besitzt, die im wesentlichen in der Mitte der gesamten Länge des Hohlraums angeordnet ist. Die Form kann verwendet werden, um den Dichtungsring nach Anspruch 1 herzustellen.
-
Erfindungsgemäß ist die Öffnung an einer Position angeordnet, die um ±30 Grad von dem Mittelpunkt der gesamten Länge des Hohlraums entfernt ist. Die Form nach dieser Anordnung kann zum Herstellen des Dichtungsrings nach Anspruch 2 verwendet werden.
-
Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
-
1A ist eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
-
1B ist eine teilweise vergrößerte Vorderansicht des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels.
-
3 ist eine Draufsicht eines Vergleichsbeispiels.
-
4 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Biegungsfestigkeitstests zeigt.
-
5 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung der Breitenänderung zeigt.
-
6 ist eine teilweise Draufsicht entlang eines Querschnitts eines Ausführungsbeispiels der Einspritzgußformvorrichtung.
-
Wie in den 1A und 1B gezeigt, besitzt der Öldichtungsring 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwei getrennte, einander gegenüberliegende Enden oder Stoßflächen 2. Der Dichtungsring wird durch Spritzgußformen hergestellt, wobei die Stoßflächen leicht voneinander getrennt bleiben. Nach dem Spritzgußformen werden die Enden oder Stoßflächen 2 aneinandergefügt und erwärmt, so daß sich beide Enden berühren. Wenn dieser Dichtungsring in eine Dichtungsvertiefung eingesetzt wird, die in einem paarigen Element geformt ist, werden die Stoßflächen 2 auseinander gedrückt.
-
Ein Einspritzpunkt 3, durch den das Material eingegossen wird, ist im wesentlichen am longitudinalen Mittelpunkt des Dichtungsrings 1 vorgesehen. Dieser Punkt kann leicht gefunden werden, da eine Markierung einer Öffnung 4 nach dem Einspritzformen des Rings 1 an diesem Punkt zurückbleibt.
-
Dieser Dichtungsring 1 besitzt einen äußeren Durchmesser von 70 mm, so daß sein Umfang ungefähr 220 mm beträgt. Der Ausdruck ”im wesentlichen an dem longitudinalen Mittelpunkt” bezeichnet einen Winkelbereich von ±30 Grad um den Mittelpunkt (1A).
-
In folgenden wird das Verfahren zum Herstellen des Dichtungsringes und die Auswertung der Meßergebnisse beschrieben.
-
Der Dichtungsring 1 besteht aus einem Rohmaterial, das als Hauptkomponente nicht weniger als 50% Polyätherätherketon-Kunstharz (PEEK), das ein Typ von Polyätherketon-Kunstharz ist, das für seine hervorragende Wärmebeständigkeit und seine mechanische Festigkeit bekannt ist, und zusätzliche Füller aufweist, nämlich 5–25 Gewichtsprozent Kohlenstoffasern (CF) mit einem mittleren Faserdurchmesser von ungefähr 5–20 μm und einer mittleren Faserlänge von ungefähr 10–500 μm mit einer geeigneten Festigkeit, einem geeigneten Elastizitätsmodul und geeigneter Härte, und 5–25 Gewichtsprozent fester Schmiermittel, wie etwa Polytetrafluoräthylen (PTFE) mit guten Gleit- und Löseeigenschaften und einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 1–100 μm und vorzugsweise von 10–70 μm, Talk, Glimmer, Kalziumkarbonat, Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid, um eine besser Verteilung zu erreichen.
-
Dieses Rohmaterial wurde in einen Dichtungsring mit einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt (2 mm breit × 2 mm dick) und einem äußeren Durchmesser von 70 mm Einspritzform-gegossen. Nach einer Wärmebehandlung des Rings bei ungefähr 180–280°C wurden seine Dimensionen gemessen und seine Biegefestigkeit wurde getestet. Die Ergebnisse sind in den 4 und 5 gezeigt.
-
Die folgenden Materialien wurden in den Beispielen verwendet:
PEEK (VICTREX-PEEK150P von I. C. I. England) mit 50 Gewichtsprozent.
CF (KUREHA M207S von Kureha Chemical, mittlerer Faserdurchmesser: 14,5 μm) mit 20 Gewichtsprozent.
Talk (Crown-Talk von Matsumura Sangyo, mittlerer Teilchendurchmesser 11 μm) mit 20 Gewichtsprozent.
-
Andere Kunstharze, die in diesem Beispiel verwendet werden können, umfassen Polyphenylsulfid-Kunstharz (PPS) und thermoplastisches Polyimid-Kunstharz (TPI).
-
Es wurden verschiedene physikalische Eigenschaften der hauptsächlich aus dem in dem Beispiel verwendeten PEEK hergestellten Form gemessen. Die Ergebnisse sind im folgenden gezeigt:
Schmelzpunkt: 330–340°C
Thermische Verformungstemperatur: 270–290°C (ASTM D-648 (1,81 MPa))
Glasübergangspunkt: 140–140°C
Biegefestigkeit: 120–130 MPa (ASTM D-790)
Biegemodul: 9000–10000 MPa (ASTM D-90)
Härte (Rockwell-Härte): M75–M80 (ASTM D-785)
-
Die Testverfahren sind in den Klammern gezeigt.
-
Vorzugsweise besitzt die Form mit der obigen Zusammensetzung einen Schmelzpunkt von 230–480°C, eine thermische Verformungstemperatur von 230–430°C unter ASTM D-648 (1,81 MPa), eine Biegefestigkeit von 100–300 MPa, vorzugsweise von 110–140 MPa unter ASTM D-790, ein Biegemodul von 2000–20000 MPa, und vorzugsweise von 4000–20000 MPa unter ASTM D-790, und eine Härte von M70–M120 unter ASTM D-785 (Rockwell-Härte, Skala M).
-
Ein Dichtungsring mit einem Schmelzpunkt und einer thermischen Verformungstemperatur innerhalb der oben erwähnten Bereiche wird eine ausreichende hohe Wärmebeständigkeit beibehalten, selbst wenn er durch Reibungskontakt mit dem paarigen Element, wie etwa einem Kolben oder einem Zylinder einer hydraulischen Kupplung, erwärmt wird, wobei die Öltemperatur auf einen hohen Wert von z. B. ungefähr 80–180°C ansteigt, wenn die Kupplung betätigt wird. Außerdem wird ein Dichtungsring mit dem in der vorliegenden Erfindung definierten Aufbau und mit einer Biegefestigkeit und einem Biegemodul innerhalb der oben erwähnten Bereiche weniger leicht beschädigt oder abgenutzt. Ein Dichtungsring mit einer Oberflächenhärte innerhalb des obigen Bereichs wird gute mechanische Eigenschaften einschließlich der Kriechfestigkeit für einen langen Zeitraum beibehalten, auch wenn der Öldruck in der hydraulischen Kupplung während des Betriebs der Kupplung zum Beispiel auf etwa 0,5–2,5 MPa ansteigt, so daß der Dichtungsring gegen den Kolben oder gegen den Zylinder der Kupplung gepreßt wird.
-
Eine Wärmebehandlung, wie etwa ein Ausglühen, sollte bei einer Temperatur höher als die Glasübergangstemperatur eines klebrigen, wärmebeständigen Kunstharzes aber niedriger als der Schmelzpunkt des Formmaterials durchgeführt werden. Genauer sollte die Wärmebehandlung bei einer Temperatur höher als die Glasübergangstemperatur und bei einer Temperatur um 5–40°C, und vorzugsweise um 10–30°C, und noch besser um 10–20°C, höher als die thermische Verformungstemperatur durchgeführt werden.
-
Wenn die Wärmebehandlungstemperatur niedriger als die Glasübergangstemperatur ist, wird keine Kristallisation eintreten, oder es wird unangemessen lange dauern, bis eine Kristallisation eintritt. Es ist auch schwierig, geringe Spannungen in dem geformten Produkt zu beseitigen. Auf keinen Fall kann eine gute Formstabilität erreicht werden. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur höher als der Schmelzpunkt oder der oben definierte Temperaturbereich ist, wird der klebrige, wärmebeständige Kunstharz schmelzen oder deutlich erweichen, wodurch es sehr schwierig wird, das Material in die Form des Dichtungsrings zu formen. Es wird außerdem schwierig, eine hohe Maßhaltigkeit beizubehalten.
-
Für bessere Gleit- und Löseeigenschaften sollte die Rauhigkeit der Gleitoberfläche des Dichtungsrings und der paarigen Form ungefähr 0,1–25 μm und vorzugsweise ungefähr 0,1–10 μm betragen, wie sie als maximale Rauhigkeit (Rmax), arithmetische Durchschnittsrauhigkeit (Ra) oder Zehn-Punkt-Durchschnittsrauhigkeit (Rz) gemessen wird.
-
2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Materialeinspritzpunkt 3 leicht (um ungefähr ±10 Grad) von dem longitudinalen Mittelpunkt verschoben. Die Zusammensetzung des Materials und seine Dimensionen sind dieselben wie im ersten Ausführungsbeispiel.
-
Um eine Spannungskonzentration zu vermeiden, sollte der Materialeinspritzpunkt oder die Öffnung nicht in einem Bereich von ±1° von dem longitudinalen Mittelpunkt des Dichtungsrings angeordnet sein. Aus diesem Grund sollte er besser in dem Bereich von ungefähr ±3° bis ±30° und vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr ±10° bis ±30° von dem longitudinalen Mittelpunkt des Dichtungsrings angeordnet sein. Außerdem sollte nur ein einziger Materialeinspritzpunkt oder eine einzige Öffnung vorgesehen sein, um die Nahtpunkte zu minimieren, die die mechanische Festigkeit des gesamten Dichtungsrings schwachen können.
-
Vergleichsbeispiel
-
Ein Dichtungsring mit derselben Zusammensetzung, denselben Dimensionen und der derselben Form wie der Dichtungsring des ersten Ausführungsbeispiels wurde durch Spritzgußformen mit einem Einspritzpunkt 3 in der Nähe einer der beiden Stoßflächen 2 hergestellt (3). Die Dimensionen des derart hergestellten Dichtungsrings wurden gemessen, und seine Biegespannung wurde getestet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den 4 und 5 gezeigt.
-
Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß in dem Bereich des Dichtungsrings, der um mehr als 150 mm von dem Einspritzpunkt entfernt ist, die Biegefestigkeit und die Breite zwischen den Seitenflächen des Dichtungsrings abnehmen.
-
Diese Breite nimmt sowohl in dem Beispiel nach der Erfindung als auch in dem Vergleichsbeispiel ab. Dies rührt daher, daß beide Seiten des Dichtungsrings mit einer hohen Genauigkeit bearbeitet sind, um Seitenflächen mit einer genauen Oberflächenform und einer guten Oberflächenrauhigkeit zu erzeugen.
-
Die Biegefestigkeit in der Nähe des Einspritzpunktes ist offensichtlich ziemlich niedrig, aber nicht so niedrig, daß sie Funktionsprobleme erzeugen würde.
-
6 zeigt einen Teil einer Form 5 zum Spritzgußformen. Die Form besitzt einen Hohlraum 6, in dem der Dichtungsring 1 Spritzguß-geformt wird. Eine Öffnung 4 ist im wesentlichen in der Mitte der gesamten Länge des Hohlraums vorgesehen.
-
Genauer ist die Öffnung 4 in einem Winkelbereich von ±30 Grad und besser noch in einem Bereich von ±10 Grad um den Mittelpunkt der gesamten Länge des Hohlraums angeordnet. Diese Form 5 wird verwendet, um die Dichtungsring der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele durch Spritzgießen herzustellen.
-
Von den verschiedenen Stoßflächenformen, die gegenwärtig weitverbreitet verwendet werden, können stufenförmige Stoßflächen ein Öllecken reduzieren. Wenn ein Dichtungsring mit solchen stufenförmigen Stoßflächen in der Form, wie in 6 gezeigt, Einspitzformgegossen wird, werden die Stoßflächen um einen Abstand voneinander getrennt, der gleich der Länge der Dichtungsausstülpungen der stufenförmigen Stoßflächen ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Spannungskonzentration am radialen Mittelpunkt des Dichtungsrings zu vermeiden, wenn die Stoßflächen durch Wärme verbunden werden oder wenn der Dichtungsring auf einen Kolben oder Zylinder montiert wird. Stufenförmige Stoßflächen oder kompliziertere Stoßflächen mit Stufen sowohl in der radialen als auch in der axialen Richtung können leicht durch Einspritzformgießen hergestellt werden.
