DE19906690A1

DE19906690A1 - Dichtring

Info

Publication number: DE19906690A1
Application number: DE19906690A
Authority: DE
Inventors: Boris Baumann; Klaus Becker
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2000-08-24
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: DE19906690B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dichtring (28) zum Abdichten eines Spalts (32) mit einer im wesentlichen zylindrischen äußeren Fläche eines Körpers und einer ihn koaxial umgebenden und im wesentlichen zylindrischen Wandfläche gegen den Druck eines Mediums, wobei dieser Druck auf einer Seite höher ist als auf der anderen, insbesondere für eine Kolbendichtung einer hydraulischen Pumpe (1) oder eines hydraulischen Motors, wobei wenigstens ein Dichtring (28) in einer Nut (29) des Kolbens (22) aufgenommen ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß steht die radiale Wandstärke t des ungeschlitzten Dichtringes (28) zu seinem Außendurchmesser D in folgendem Verhältnis: DOLLAR F1.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring zum Abdichten eines Spaltes zwischen einer im wesentlichen zylindrischen äußeren Fläche eines Körpers und einer ihn koaxial umgebenden und im wesentlichen zylindrischen Wandfläche gegen den Druck eines Mediums, wobei dieser Druck auf einer Seite höher ist als auf der anderen, insbesondere für eine Kolbendichtung einer hydraulischen Pumpe oder eines hydraulischen Motors, wobei wenigstens ein Dichtring in einer Nut des Kolbens aufgenommen ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Dichtring ist beispielsweise aus der DE-PS 12 14 957 vorbe kannt. Diese dort beschriebene Kolbendichtung für einen hydraulischen Motor bzw. für eine hydraulische Pumpe besteht aus einem gesprengten Dichtring, der unter Vorspannung an der Zylinderwand anliegt. Als Dichtflächen dienen dabei der Außendurchmesser des Dichtringes im Kontakt mit der Zylinderwan dung sowie die druckabgewandte Seite des Dichtringes im Kontakt mit der Nut des Kolbens. Dabei ist jedoch von Nachteil, daß trotz einer hohen Vorspan nung des Dichtringes insbesondere bei hohen Druckdifferenzen ein uner wünschter Leckverlust durch dessen Schlitz eintritt.

Zusammenfassung der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen Dichtring zu entwickeln, der sich einerseits kostengünstig fertigen läßt und der andererseits eine geringe Leckage sowie eine möglichst konstante Reibung über die gesamte Lebensdauer des Hydraulikaggregates aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die radiale Wandstärke t des ungeschlitzten Dichtringes zu seinem Außendurchmesser D in folgendem Verhältnis steht:

Die Leckage der Dichtringe nach dem bisherigen Stand der Technik rührt zum einen durch den Schlitz des Ringes her, zum anderen durch geringe Spalten zwischen der Zylinderwand und dem Außendurchmesser des Ringes, wobei diese durch Kreisformfehler des Außendurchmessers des Dichtringes bzw. der Zylinderbohrung sowie durch maßliche Unterschiede des Außendurchmessers des Ringes bzw. des Innendurchmessers der Bohrung hervorgerufen werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Dichtringes wird zum einen durch den fehlenden Spalt die Leckage verringert. Zum anderen wird durch die angegebenen Verhältnisse zwischen Wandstärke t und Außendurchmesser D die Leckage zwischen Dichtring und Zylinderwandung nochmals verringert, da dieser eine ausreichende Rundheit besitzt und eine solche Elastizität besitzt, daß er sich unter Druck besser an die Zylinderwandung anschmiegen kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist vorgese hen, daß die Mantelfläche des Dichtringes sphärisch ausgebildet ist, wobei sein Balligkeitsradius R zu seinem Außendurchmesser D in folgendem Verhält nis steht:

R = 0,25 . . . 0,5 D

Durch den zylindrischen Druck wird einerseits die druckabgewandte Seite des Dichtringes gegen die Nutfläche des Kolbens gepreßt. Der Hydraulikdruck preßt aber auch andererseits den Dichtring mit seiner sphärischen Mantelflä che über die Fläche des Innendurchmesser (innere Mantelfläche) gegen die Zylinderwandung. Das Anpassen des Dichtringes an die zylindrische Wandung wird aber gleichzeitig vermindert, da durch dessen sphärische Mantelfläche der Hydraulikdruck eine radial nach innen gerichtete Gegenkraft aufbauen kann, so daß durch das verminderte Anpressen des Dichtringes dessen Verschleiß po sitiv beeinflußt wird. Je nach dem, wie der Scheitelpunkt der sphärischen Mantelfläche des Dichtringes gelegt ist, kann die Gegenkraft variabel gestaltet werden. Ein solcher Dichtring mit balliger Oberfläche wird immer dann beson ders vorteilhaft eingesetzt, wenn der Kolben sowohl eine Längsbewegung als auch eine Schwenkbewegung um seine Achse durchführen muß.

Die sphärische Mantelfläche des Dichtringes, d. h. dessen Balligkeit, ist über seinen Balligkeitsradius R steuerbar. Nimmt dieser einen relativ großen Wert an, so ist die Mantelfläche nur in einem geringen Maße gekrümmt. Dies hat wiederum zur Folge, daß bei einem starken Verschleiß des Dichtringes dessen Druckentlastungsfläche verringert ist. Eine verringerte Druckentlastungsfläche führt aber zu einer erhöhten Anpressung des Dichtringes an die Bohrungswan dung und damit zu einer erhöhten Reibung und somit zu einem verstärkten Verschleiß. Wird hingegen der Balligkeitsradius verkleinert, so wird die Mantel fläche des Dichtringes stärker gekrümmt. Dies wiederum hat zur Folge, daß bei einem eintretenden Verschleiß die Druckentlastungsfläche in wesentlich gerin gerem Maß verringert, so daß die radial nach innen gerichtete Gegenkraft nur geringfügig verkleinert wird, als wenn der Balligkeitsradius wesentlich größer wäre.

Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, daß die sphärische Mantelfläche im Bereich ihres Scheitel punktes eine zylindrische Abflachung aufweisen soll. Durch diese zylindrische Dichtfläche wird eine verbesserte Dichtwirkung erreicht.

Aus Anspruch 4 geht hervor, daß die Mantelfläche des Dichtringes aus einer Mantelfläche eines kegelig verlaufenden Teils und aus einer Mantelfläche ei nes zylindrisch verlaufenden Teils besteht, wobei der zylindrische Teil eine kürzere axiale Ausdehnung aufweist als der kegelige Teil. Bei dieser Ausge staltung des Dichtringes dient die zylindrische Fläche als Dichtfläche während die kegelige Fläche in der beschriebenen Weise als Druckentlastungsfläche wirkt.

Nach Anspruch 5 soll sich die Mantelfläche des Dichtringes aus zwei Mantel flächen von zylindrisch verlaufenden Teilen mit einem unterschiedlichen Durchmesser zusammensetzen, wobei das Teil mit dem größeren Durchmesser eine kürzere axiale Ausdehnung aufweist als das andere Teil. Diese Variante hat den Vorteil, daß trotz funktionsbedingtem Verschleiß immer eine konstante Druckentlastungsfläche vorhanden ist, so daß der Anpreßdruck des Dichtrin ges an die zylindrische Wandung nicht steigen kann.

Schließlich geht aus den Ansprüchen 6 und 7 hervor, daß der Dichtring aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere einem durchhärtbaren Wälzlagerstahl der Zusammensetzung 100 Cr 6 besteht, eine Oberflächenhärte von 60+4 HRC aufweist und seine Dichtfläche einer mechanischen Bearbeitung unterworfen ist. Auf diese Weise lassen sich hochpräzise, wälzlagerharte Dichtringe her stellen, die dem jeweiligen Anwendungsfall in idealer Weise angepaßt werden können.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine in einem Längsschnitt dargestellte Axialkol benpumpe in Schrägachsenbauart,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines teilweisen Längsschnittes einer Kolbenabdichtung,

Fig. 3, 4, 5, 6 und 7 verschiedenartig gestaltete Dichtringe im Längs schnitt.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau der Schrägachsenpumpe 1 setzt sich im we sentlichen aus dem Antriebsteil 2 und dem Verdichterteil 3 zusammen, wobei diese Bauteile unter einem bestimmten Winkel in dem einstückig ausgebildeten Gehäuse 4 drehbar eingebracht sind. Das Antriebsteil 2 setzt sich zusammen aus der Antriebswelle 5, welche stirnseitig aus dem Gehäuse 4 ragt und von einem endseitig in das Gehäuse 4 eingebrachten Verschlußteil 6 umgeben ist, in das zur endseitigen Lagerung ein Radiallager 7 eingebracht ist, dem sich ein Wellendichtring 8 anschließt. Am freien Ende der Antriebswelle 5 ist zum An trieb der Schrägachsenpumpe 1 ein Vielkeilprofil 9 angeordnet. An dem vom Vielkeilprofil 9 entgegengesetzten Ende der Antriebswelle 5 ist diese mit einer weiteren Lagerung 10 versehen. Der Innenring 11 des mit einem Käfig 27 ver sehenen Wälzlagers 10 ist über eine Axialnut 12 und einer Paßfeder 13 dreh fest mit einem Ansatz 14 der Antriebswelle 5 verbunden, während der Außen ring 26 im Gehäuse 4 untergebracht ist. Der Innenring 11 ist weiter auf der zum Verdichterteil 3 zeigenden Seite mit einer Verzahnung versehen zur Bildung des Zahnrades 15, das mit einem entsprechend gegengeformten Zahnrad 16 ein Kegelradgetriebe 17 bildet, wobei die Zahnräder 15, 16 auf der Innenseite des gekrümmt ausgebildeten Gehäuses 4 einen Zahneingriff 18 bilden. Der Wälzlagerung 10 nebengeordnet und am Ende der Antriebswelle 5 befindlich ist eine einstückig mit der Antriebswelle 5 verbundene Hubscheibe 19 ange ordnet. Die Hubscheibe 19 ist mit einer Vielzahl gleichmäßig verteilter Kalotten versehen, in denen Kugelstangen 20 gelenkig gelagert sind. Die Kugelstangen 20 stellen eine Verbindung zwischen den jeweils in Zylindern 21 geführten Kol ben 22 und der Hubscheibe 19 dar. Die gesamte Zylindertrommel 23 ist um einen Lagerbolzen 24 drehbar angeordnet und stützt sich auf einem Endstück 25 ab. Der Figur kann weiter entnommen werden, daß die Kolben 22 neben der Hin- und Herbewegung auch eine Schwenkbewegung um ihre Längsachse ausführen müssen.

In Fig. 2 ist ein aus einem Eisenwerkstoff durch spanabhebende Bearbeitung gefertigter Dichtring 28 gezeigt, der in einer Nut 29 des Kolbens 22 unterge bracht ist. Der Dichtring 28 weist eine sphärische Mantelfläche aus, mit deren Scheitelpunkt 30 er an der zylindrischen Mantelfläche 31 des Zylinders 21 anliegt, so daß ein zwischen beiden liegender kreisringförmiger Spalt 32 linienförmig abgedichtet ist. Der Dichtring 28 wird mit seiner druckabgewandten Stirnseite durch den hydraulischen Druck, dargestellt durch zwei waagerechte nach links weisenden und mit F1 bezeichnete Pfeile, an die rechtsseitige Stirn fläche 33 der Nut 29 gepreßt. Der Hydraulikdruck, dargestellt durch drei nach oben zeigende und mit F2 bezeichnete Pfeile, drückt den Dichtring 28 über seine innere Mantelfläche gegen die Zylinderwandung 31, wobei zwischen dem Boden der Nut 29 und der inneren Mantelfläche des Dichtringes 28 ein weiterer Spalt 34 entsteht. Wie die Fig. 2 und die Fig. 3, 4 und 5 weiter zeigen, ist der Dichtring 28 von seinem Scheitelpunkt 30 ausgehend, mit dem er an der zylindrischen Mantelfläche 31 des Zylinders 21 anliegt, in zwei Teile unterglie dert. Rechts des Scheitelpunktes befindet sich der Bereich 35, der in seiner axialen Ausdehnung geringer ist als der sich linksseitig des Scheitelpunktes 30 erstreckende Bereich 36. Den genannten Figuren ist weiter zu entnehmen, daß das Anpressen des Dichtringes 28 gegen die zylindrische Wandung 31 durch dessen Bereich 36 vermindert ist. Wie die von oben nach unten gerichteten und mit F3 bezeichneten Pfeile zeigen, wird durch den aufgebrachten Hydrau likdruck im Bereich 36 des Dichtringes 28 eine Gegenkraft F3 aufgebaut, die der radial von innen nach außen wirkenden Kraft F2 entgegenwirkt. Auf diese Weise sorgt die Druckentlastung für eine verminderte Anpressung des Ringes 28 an die Zylinderwandung 31, so daß dieser einem geringerem Verschleiß unterliegt.

In den Fig. 3, 4 und 5 sind verschiedene Dichtringe 28 gezeigt, die sich in ihrer Balligkeit unterscheiden. Wie ersichtlich, ist mit R der Balligkeitsradius gemeint, D ist der Außendurchmesser des Dichtringes 28, d der innere Durch messer des Dichtringes und t die radiale Wandstärke des Dichtringes 28 je weils an seiner stärksten Stelle. Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Dichtrin ge 28 unterscheiden sich derart, daß bei erstgenannter der Balligkeitsradius R einem halben Außendurchmesser entspricht, während in Fig. 4 der Ballig keitsdurchmesser R ein Viertel des Außendurchmessers D beträgt. Wie ein Vergleich beider Figuren zeigt, ist mit wachsendem Balligkeitsradius R die sphärische Mantelfläche des Dichtringes 28 weniger gekrümmt. Wird der Bal ligkeitsradius R hingegen verringert, so wird die sphärische Mantelfläche des Dichtringes 28 in ihrer Krümmung wesentlich verstärkt. Die beiden Fig. 3 und 4 machen deutlich, daß bei einem Verschleiß des Dichtringes 28 gemäß Fig. 3 der Bereich 36 wesentlich verkürzt wird, so daß die aufgebrachte Ge genkraft in ihrem Betrag verkleinert ist. Auf diese Weise wird die Reibung er höht. Durch die wesentlich stärker gekrümmte Mantelfläche des Dichtringes 28 gemäß Fig. 4 ist sichergestellt, daß sich auch bei dessen Verschleiß der Be reich 36 nicht in dem Maße verkleinert wie in Fig. 3, so daß auch die die Rei bung vermindernde Gegenkraft F3 in ihrem Betrag nur unwesentlich verringert ist. Der in Fig. 5 dargestellte Dichtring 28 unterscheidet sich von dem in Fig. 4 gezeigten dadurch, daß im Bereich des Scheitelpunktes 30 eine zylindrische Abflachung 37 angeordnet ist.

Der in Fig. 6 gezeigte Dichtring 28 besteht aus einem zylindrisch verlaufen den Teil 38 und einem kegelig verlaufenden Teil 39, wobei der Teil 38 in seiner axialen Ausdehnung kleiner als der kegelig verlaufende Teil 39 ist. Durch die zylindrische Dichtfläche 38 wird eine gute Dichtwirkung erzielt. Wird die Fläche 38 durch Verschleiß in ihrer radialen Ausdehnung vermindert, so wird die Druckentlastungsfläche 39 nur unwesentlich reduziert. Fig. 7 schließlich zeigt einen Dichtring 28, der aus zwei zylindrischen Teilen 40 und 41 mit unter schiedlichen Durchmessern besteht, wobei der zylindrische Teil 40 die Dicht fläche aufweist und in seiner radialen Ausdehnung wesentlich geringer ist als der Teil 41. Der Vorteil dieses Dichtringes 28 liegt darin, daß bei einem radia len Verschleiß des zylindrischen Teils 40 der zylindrische Teil 41 konstant bleibt und somit die Druckentlastungsfläche nicht verringert wird.

Bezugszeichen

1

Schrägachsenpumpe

2

Antriebsteil

3

Verdichterteil

4

Gehäuse

5

Antriebswelle

6

Verschlußteil

7

Radiallager

8

Wellendichtring

9

Vielkeilprofil

10

Radiallager

11

Innenring

12

Axialnut

13

Paßfeder

14

Ansatz

15

Zahnrad

16

Zahnrad

17

Kegelradgetriebe

18

Zahneingriff

19

Hubscheibe

20

Kugelstange

21

Zylinder

22

Kolben

23

Zylindertrommel

24

Lagerbolzen

25

Endstück

26

Außenring

27

Käfig

28

Dichtring

29

Nut

30

Scheitelpunkt

31

zylindrische Mantelfläche

32

Spalt

33

Stirnfläche

34

Spalt

35

Bereich

36

Bereich

37

zylindrische Abflachung

38

zylindrischer Teil

39

kegeliger Teil

40

zylindrischer Teil

41

zylindrischer Teil
R Balligkeitsradius
D Außendurchmesser
d Innendurchmesser
t radiale Wandstärke
F1, F2 Kraftkomponenten des Hydraulikdruckes
F3 Kraftkomponente des sich aufbauenden Gegendrucks

Claims

1. Dichtring (28) zum Abdichten eines Spaltes (32) zwischen einer im wesent lichen zylindrischen äußeren Fläche eines Körpers und einer ihn koaxial umgebenden und im wesentlichen zylindrischen Wandfläche gegen den Druck eines Mediums, wobei dieser Druck auf einer Seite höher ist als auf der anderen, insbesondere für eine Kolbendichtung einer hydraulischen Pumpe (1) oder eines hydraulischen Motors, wobei wenigstens ein Dichtring (28) in einer Nut (29) des Kolbens (22) aufgenommen ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die radiale Wandstärke t des ungeschlitzten Dichtrin ges (28) zu seinem Außendurchmesser D in folgendem Verhältnis steht:

2. Dichtring (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Mantelfläche sphärisch ausgebildet ist, wobei sein Balligkeitsradius R zu seinem Außendurchmesser D in folgendem Verhältnis steht:
R = 0,25 . . .0,5 D

3. Dichtring (28) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sphäri sche Mantelfläche im Bereich ihres Scheitelpunktes (30) eine zylindrische Abflachung (37) aufweist.

4. Dichtring (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Mantelfläche aus einer Mantelfläche eines kegelig verlaufenden Teils (39) und aus einer Mantelfläche eines zylindrisch verlaufenden Teils (38) zu sammengesetzt ist, wobei der zylindrische Teil (38) eine kürzere axiale Ausdehnung aufweist als der kegelige Teil (39).

5. Dichtring (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Mantelfläche aus zwei Mantelflächen von zylindrisch verlaufenden Teilen (40, 41) mit einem unterschiedlichen Durchmesser zusammengesetzt ist, wobei das Teil (40) mit dem größeren Durchmesser eine kürzere axiale Ausdehnung aufweist als das andere Teil (41).

6. Dichtring (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Eisenwerkstoff, insbesondere einem durchhärtbaren Wälzlagerstahl der Zusammensetzung 100 Cr 6 besteht und eine Oberflächenhärte von 60+4 HRC aufweist.

7. Dichtring (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Dichtfläche einer mechanischen Bearbeitung unterworfen ist.