DE19825428A1 - Nutringdichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ringdichtung für eine Kolben-Zylindereinheit, eingesetzt in einer hydraulischen Kupplungsbetätigung von Fahrzeugen. Die Ringdichtung (1) umfaßt eine dynamische Dichtlippe (6) sowie eine Ventilklappe (8), die bei einem Vakuum im Druckraum (5) über eine Zulaufnut (9a) ein Nachströmen von einem Druckfluid in den Druckraum (5) ermöglicht.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ringdichtung mit einem kreisringförmigen Querschnitt, die zur Abdichtung von zwei konzentrisch zueinander angeord­ neten Bauteilen vorgesehen ist. Die Ringdichtung ist versehen mit zwei radial gespreizten Dichtelementen. Ein erstes Dichtelement ist beispielsweise an einer Bohrungswandung und ein zweites Dichtelement an einer Mantelfläche von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Bauteilen dichtend abgestützt. In der Einbaulage sind die Dichtelemente des Dichtrings in Richtung eines im Volumen variablen Druck von einem Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum ausgerichtet. Dabei ist ein Dichtelement statisch und das weitere Dichtelement dynamisch dichtend angeordnet. Ringdichtungen dieser Bauart finden beispiels­ weise Verwendung in Arbeitszylindern für eine hydraulische Kupplungsbetäti­ gung von Fahrzeugen. Diese Arbeitszylinder stellen eine Kolben-Zylindereinheit dar, wobei ein Dichtelement der Nutringdichtung an einer Gehäusewandung und das weitere an einem Kolben dichtend anliegen. Der von einem Druck­ mittel beaufschlagbare Druckraum des Arbeitszylinders ist dabei unmittelbar mit einem Druckanschluß und mittelbar mit einem Druckmittelreservoir bzw. einem Nachsaugeanschluß verbunden.

Hintergrund der Erfindung

Ringdichtungen, die in hydraulischen Kupplungsbetätigungen eingesetzt wer­ den, müssen eine hohe Abdichtgüte erfüllen. Neben einer wirksamen Abdich­ tung des Druckraums muß die Ringdichtung außerdem in definierten Betriebs­ zuständen einen weitestgehend ungehinderten drucklosen Druckmittelzufluß gewährleisten, um beispielsweise bei einem Druckmittelverlust das hydraulische System aufzufüllen. Dazu finden vorzugsweise sogenannte stirnseitig im Kolben einer Kupplungsbetätigung eingesetzte Ventile Anwendung. Ein solches Ventil ist über einen Zuführkanal in Verbindung mit einem Ringkanal im Kolben mit einer Zuführbohrung verbunden, wobei die Zuführbohrung im Zylinder der Betätigungsvorrichtung angeordnet und mit einem Druckmittelreservoir ver­ bunden ist. Die Konzeption des Ventils sieht vor, daß sich dieses bei einem Zurückschnellen des Kolbens in die Neutralstellung und dem sich dabei ein­ stellenden Vakuum öffnet und damit falls erforderlich ein Druckmittel aus dem Reservoir in den Druckraum nachströmen kann.

Ein Arbeitszylinder mit einem derartigen zuvor beschriebenen Ventil, das auch als Einwegventil bezeichnet werden kann, ist aus der DE 37 38 741 A1 be­ kannt. Der Aufbau dieses Geberzylinders sieht Bohrungen im Kolben vor, über die das Einwegventil mit einem Nachsaugeanschluß im Gehäuse verbunden ist. Eine Öffnung des Ventils erfolgt, sobald der Druck im Nachsaugeanschluß höher ist als der im Druckraum vorherrschende Druck. Das Einwegventil er­ möglicht damit einen selbsttätigen Druckmittelausgleich im Druckraum. Nach­ teilig nimmt diese bekannte Ventilanordnung Einfluß auf die axiale Baulänge des Kolbens und damit des gesamten Arbeitszylinders. Das bekannte Ventil beeinflußt außerdem nachteilig den Bauteileumfang sowie den Fertigungs- und den Montageaufwand, wodurch sich insgesamt die Herstellkosten des Zylinders erhöhen.

Eine gattungsbildende Ringdichtung ist aus der DE 195 16 391 A1 bekannt. Zur Abdichtung eines Ringspaltes zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ist die Ringdichtung als Primärdichtung vorgesehen, die als Dichtelement zwei Dicht­ lippen umfaßt. Die statische Dichtlippe dieser Dichtung liegt dichtend an einer Bohrungswandung des Gehäuses an. Dagegen stützt sich die dynamische Dichtlippe unmittelbar an der Mantelfläche des Kolbens ab. Druckraumseitig ist die Mantelfläche des Kolbens in einem Endabschnitt radial nach außen gestuft, so daß bei nicht betätigtem Geberzylinder, d. h. in der Neutralstellung des Arbeitszylinders, die dynamische Dichtlippe mit einer verringerten Radialkraft am Kolben abgestützt ist. Mit dieser Maßnahme soll bei einem auftretenden Vakuum im Druckraum des Arbeitszylinders bzw. bei einer Druckdifferenz zwischen dem Nachsaugeanschluß und dem Druckraum, Druckfluid selbsttätig aus dem Reservoir in den Druckraum nachströmen. Mit einem derartig gestalte­ ten Kolben ergeben sich keine eindeutig definierten Nachsaugezustände auf­ grund der Bauteiltoleranzen bzw. Einbautoleranzen. Zur Erzielung einer Min­ destvorspannung der dynamischen Dichtlippe stellt sich folglich ein zu hoher Nachsaugedruck ein, d. h. ein Vakuum von < -0,3 bar. Damit ergibt sich eine relativ träge Wirkungsweise der dynamischen Dichtlippe, die für heute übliche hydraulische Kupplungsbetätigungen nicht ausreichend ist. Außerdem ist eine derartige dynamische Dichtlippe einer hohen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt, was sich nachteilig auf den Verschleiß und die Dauerfestigkeit und damit auf die Lebensdauer der Dichtlippe auswirkt.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Ringdichtung den statischen Öffnungsdruck zu verringern, ohne die Wirksamkeit der Ring­ dichtung z. B. bei hohen Systemdrücken zu beeinflussen. Gleichzeitig soll ein verbesserter Ausgleich gegen über Einbautoleranzen gewährleistet werden sowie eine prozeßsichere Herstellung der Ringdichtung.

Zusammenfassung der Erfindung

Die zuvor genannte Problemstellung wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist das statische Dichtelement einstückig als eine sogenannte Ventilklappe gestaltet, die einstückig mit dem Dichtungsrücken verbunden ist. Die zum Druckraum ausgerichtete Ventilklappe stellt eine örtliche, axiale Verlängerung des Dichtrückens dar. Lageüberein­ stimmend mit der Ventilklappe ist in die Mantelfläche der Ringdichtung eine Zulaufnut eingebracht, die sich von dem Dichtungsrücken bis zur Ventilklappe axial erstreckt und dabei parallel zur Symmetrieachse der Ringdichtung verläuft. Die erfindungsgemäße Ventilklappe ermöglicht bei einem auftretenden Druckge­ fälle zwischen dem Druckraum und dem Reservoir bzw. bei einem Vakuum im Druckraum, daß ein Druckfluid nahezu ungehindert vom Reservoir in den Druckraum nachströmen kann. Dabei ist die Ventilklappe so gestaltet, daß diese einen gewünschten niedrigen statischen Öffnungsdruck besitzt, ohne dabei die Funktion, d. h. die Wirksamkeit der Ringdichtung negativ zu beeinflussen. Die Ventilklappe nimmt somit keinen nachteiligen Einfluß auf die Abdichtgüte bei hohen Systemdrücken. Gleichzeitig sorgt die Ringdichtung für einen verbes­ serten Ausgleich gegenüber Bauteiltoleranzen, insbesondere vom Bohrungs­ durchmesser des Zylindergehäuses. Als weiteres Dichtelement umfaßt die Ringdichtung eine am Kolben dichtend anliegende Dichtlippe. Durch die zusätzliche Ventilklappe ist das Herstellverfahren der Ringdichtung nicht beein­ trächtigt, d. h. die erfindungsgemäße Nutringdichtung erlaubt eine prozeßsiche­ re Herstellung.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9, die nachfolgend erläutert werden.

Als vorteilhaft hat sich eine Gestaltung der Ventilklappe in einer Trapezform erwiesen. Von der Stirnseite des Dichtungsrückens ausgehend verjüngt sich danach die Ventilklappe bis zu einem stirnseitigen Abschnitt, der zur übrigen stirnseitigen Kontur der Ringdichtung parallel verläuft. Alternativ zu einer Trapezform kann die Ventilklappe auch halbrundartig oder in einer beliebig anderen geometrischen Form gestaltet sein.

Die in die Mantelfläche der Ringdichtung eingebrachte Zulaufnut erstreckt sich bis in die Ventilklappe und bewirkt dabei gleichzeitig eine reduzierte Wand­ stärke der Ventilklappe. Diese Maßnahme begünstigt bei einem auftretenden Vakuum im Druckraum ein nahezu verzögerungsfreies Abheben der Ventil­ klappe von der Bohrungswandung und damit ein schnelles Nachströmen des Druckfluids aus dem Reservoir in den Druckraum. Die Wanddickenreduzierung der Ventilklappe ist dabei begrenzt auf einen Innenbereich. Die Außenkontur der Ventilklappe ist versehen mit einer umlaufenden Wulst, die auch als Dicht­ kante zu bezeichnen ist, mit der die Ventilklappe bei druckbeaufschlagtem Druckraum dichtend an der Bohrungswandung des Zylinders anliegt.

Die Zulaufnut in der Ringdichtung ist dabei relativ schmal und tief ausgebildet. Diese Maßnahme vermeidet einerseits unzulässig hohe Materialspannungen bei der druckbeaufschlagten Nutringdichtung und andererseits in allen Betriebs­ zuständen einen ausreichenden Zulaufquerschnitt. Für die Auslegung der Zulaufnut eignet sich beispielsweise die Nuttiefe so auszulegen, daß diese die Nutbreite übertrifft.

Im Bereich der Ventilklappe reduziert sich die Tiefe der Zulaufnut und erstreckt sich dabei bis nahezu über die gesamte Fläche der Ventilklappe mit Ausnahme einer umlaufenden Wulst bzw. Dichtkante, mit der sich die Ventilklappe dich­ tend an der Bohrungswandung abstützt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Ringdichtung mit mehreren umfangsverteilt angeordneten Ventilklappen versehen, die vorzugsweise gleich­ gestaltet sind. Bei Bedarf schließt die Erfindung jedoch ebenfalls Ventilklappen ein, die eine abweichende Formgebung aufweisen, um beispielsweise ein zeitlich gestuftes Öffnungsverhalten der Ventilklappen zu erzielen.

Erfindungsgemäß konnte durch einen entsprechenden Aufbau und Formgebung der Ventilklappe erreicht werden, daß diese bei einem Druck < 0,1 bar im Druckraum bzw. bei einer Druckdifferenz von < 0,1 bar zwischen dem Druck­ raum und dem Druckmittelreservoir von der Gehäusewandung abhebt.

Diese Gestaltung der Ventilklappe in Verbindung mit der Zulaufnut bewirkt eine verbesserte Nachsaugefunktion, da bei einer auftretenden Druckdifferenz zwischen dem Druckraum und dem Reservoir in einem definierten Druckbe­ reich sich ein gewünschter, vorteilhaft schneller Druckmittelzustrom einstellt. In allen Betriebszuständen gelangt das Druckfluid danach ungehindert bis zur Ventilklappe. Bei einem Druckabfall im System, bei dem die Ventilklappe selbsttätig von der Bohrungswandung abhebt, kann somit das Druckfluid un­ mittelbar in den Druckraum einströmen und damit bei Bedarf das Hydrauliksy­ stem auffüllen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Überstandsmaß für die Ventilklappe vorgesehen, das ≦ 1/3 der Breite der Ringdichtung ent­ spricht. Diese Maßgabe ermöglicht, daß die erfindungsgemäße Ringdichtung auch in vorhandene Einbauräume der Kolben-Zylindereinheit bzw. des Geber­ zylinders eingebaut werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt die erfindungsgemäße Ringdichtung;

Fig. 2 einen Ausschnitt der Ringdichtung in einer Draufsicht;

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 2 mit einer alternativ gestalteten Zulaufnut;

Fig. 4 einen Ausschnitt der Ringdichtung in der Vorderansicht.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 zeigt in einer Schnittansicht das Längsprofil einer Ringdichtung 1, die in eine Ringnut 2 eines Gehäuses 3 eingesetzt und lagefixiert ist. Ein Dich­ tungsrücken 4 der Ringdichtung 1 ist dabei radial vorgespannt in der Ringnut 2 gehalten. In Richtung eines Druckraums 5 der Kolben-Zylindereinheit sind am Dichtungsrücken 4 Dichtelemente angeordnet. Als dynamisches Dichtelement ist eine Dichtlippe 6 vorgesehen, die sich radial vorgespannt auf einer Mantel­ fläche eines Kolbens 7 abstützt. Als radial äußeres Dichtelement dient eine Ventilklappe 8, die eine örtliche Verlängerung des Dichtungsrückens 4 darstellt. In die Mantelfläche des Dichtungsrückens 4 ist eine axial verlaufende Zulaufnut 9a eingebracht, die bis an die Dichtkante 10 der Ventilklappe 8 weitergeführt ist und deren Tiefe "t" nahezu über die gesamte Länge unverändert ist. Die Zulaufnut 9a korrespondiert weiterhin mit einer Umlaufnut 11 im Gehäuse 3, an die sich eine Zuführbohrung 12 anschließt, welche mit einem in der Fig. 1 nicht abgebildeten Druckmittelreservoir verbunden ist.

Wirkungsweise

Eine Druckbeaufschlagung des Druckraums 5, ausgelöst durch eine Verschie­ bung des Kolbens 7 in Pfeilrichtung führt zu einer dichtenden Anlage der dynamischen Dichtlippe 6 am Kolben 7 sowie der Dichtkante 10 der Ventil­ klappe 8 am Gehäuse 3. Eine Umkehrung der Kolbenbewegung in die Neutral- oder Ausgangsstellung ist verbunden mit einem Druckabbau im Druckraum 5. Die Gestaltung der Ventilklappe 8 sieht vor, daß diese bei einem Druck von weniger als 0,1 bar vom Gehäuse 3 bzw. der Ringnut 2 sich in Richtung des Kolbens 7 verlagert, d. h. die Ventilklappe 8 sich öffnet. Damit verbunden kann bei Bedarf das Hydrauliksystem mit Druckfluid aufgefüllt werden, das über die Zulaufnut 9a und der geöffneten Ventilklappe 8 ungehindert in den Druckraum 5 einströmen kann.

Die Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht einen Ausschnitt der Runddichtung 1, aus dem die Gestaltung der Ventilklappe 8 sowie der Zulaufnut 9a erkennbar ist. Gemäß der Fig. 2 besitzt die Ventilklappe 8 eine trapezförmige Formgebung, wobei deren Längserstreckung die Breite "B" der Ringdichtung 1 um das Maß "x" übertrifft. Diese Ansicht verdeutlicht weiterhin die an der Außenkontur der Ventilklappe 8 verlaufende Dichtkante 10, die bei einer Druckbeaufschlagung der Ringdichtung 1 dichtend an der Gehäusewandung im Bereich der Ringnut 2 anliegt.

Die Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Ausschnitt der Ringdichtung 1 in einer An­ sicht, wobei im Unterschied zu Fig. 2 die Ventilklappe 8 mit einer deutlich schmaleren Zulaufnut 9b in Verbindung steht. Diese Formgebung der Zulaufnut 9b bewirkt eine verbesserte Formstabilität bei einer druckbeaufschlagten Ring­ dichtung 1. Zur Erzielung eines ausreichenden Zuströmquerschnitts besitzt die mit dem Buchstaben "b" gekennzeichnete Breite der Zulaufnut 9b eine deutlich größere Tiefe "t". Alternativ zu den in den Fig. 2 und 3 abgebildeten Zulauf­ nuten 9a, 9b können diese auch so gestaltet sein, daß die Tiefe "t" das Breiten­ maß "b" um ein mehrfaches übertrifft.

In Fig. 4 ist ein Ausschnitt der Ringdichtung 1 in der Vorderansicht abgebildet. Dieser Ausschnitt verdeutlicht die stirnseitig aus dem Dichtungsrücken 4 aus­ tretende Ventilklappe 8. Erfindungsgemäß kann die Ringdichtung 1 mit mehre­ ren, vorzugsweise symmetrisch umfangsverteilt angeordneten Ventilklappen 8 versehen sein.

Bezugszeichenliste

1

Ringdichtung

2

Ringnut

3

Gehäuse

4

Dichtungsrücken

5

Druckraum

6

Dichtlippe

7

Kolben

8

Ventilklappe

9

a Zulaufnut

9

b Zulaufnut

10

Dichtkante

11

Umlaufnut

12

Zuführbohrung
b Breite der Zulaufnut
B Breite der Ringdichtung
t Tiefe der Zulaufnut
x Überstandsmaß der Ventilklappe

Claims (9)

1. Ringdichtung, die zwischen konzentrisch zueinander angeordneten Ober­ flächen von zwei Bauteilen, insbesondere einer Kolben-Zylindereinheit für eine hydraulische Kupplungsbetätigung eingesetzt ist, die zwei radial gespreizte, einstückig mit einem Dichtungsrücken (4) verbundene Dichtelemente umfaßt, wobei die Dichtelemente in einer Einbaulage einen im Volumen variablen Druckraum (5) zugewandt sind und ein erstes statisches Dichtelement an einer Wandung eines Gehäuses (3) und ein zweites dynamisches Dichtelement an einem Kolben (7) dichtend anliegen und der Druckraum (5) unmittelbar mit einem Druckanschluß und mittelbar mit einem Druckmittelreservoir in Ver­ bindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß als statisches Dichtelement zu­ mindest eine Ventilklappe (8) vorgesehen ist, die als ein in Richtung des Druck­ raumes (5) ausgerichteter, den Dichtungsrücken (4) axial verlängernder Ab­ schnitt gestaltet ist, und daß der Ventilklappe (8) eine in einer Mantelfläche des Dichtungsrückens (4) eingebrachte axial verlaufende Zulaufnut (9a, 9b) zugeord­ net ist.

2. Ringdichtung nach Ansprung 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil­ klappe (8), in einer Draufsicht gesehen, weitestgehend trapezförmig gestaltet ist und mit gerundeten Übergängen in eine Stirnseite des Dichtungsrückens (4) übergeht (Fig. 2 u. 3).

3. Ringdichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen stirnseitigen Abschnitt der Ventilklappe (8), der parallel zur übrigen Kontur der Ringdichtung (1) verläuft.

4. Ringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer druckbeaufschlagten Ringdichtung (1) sich die Ventilklappe (8) mit einer um­ laufenden Dichtkante (10) am Gehäuse (3) dichtend abstützt (Fig. 1).

5. Ringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufnut (9b) im Dichtungsrücken (4) eine Tiefe "t" aufweist die ≧ einer Breite "b" der Zulaufnut (9b) ausgelegt ist (Fig. 3).

6. Ringdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Tiefe "t" der Zulaufnut (9a) im Bereich der Ventilklappe (8) reduziert und bis auf die umlaufende Dichtkante (10) die gesamte, zum Gehäuse (3) gerichtete Fläche der Dichtklappe (8) umfaßt (Fig. 3).

7. Ringdichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Ringdichtung (1) mit mehreren symmetrisch umfangsverteilt angeordneten Ventilklappen (8).

8. Ringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil­ klappe (8) bei einem Druck < 0,1 bar im Druckraum (5) bzw. einer Druckdiffe­ renz zwischen dem Druckraum (5) und dem Druckmittelreservoir von der Wandung des Gehäuses (3) abhebt.

9. Ringdichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein die Stirnseite der Ringdichtung (1) übertreffendes Überstandsmaß "x" der Ventilklappe (8), das ≦ 1/3 einer Breite "B" der Ringdichtung (1) entspricht (Fig. 2).