WO2013159984A1 - Innenspannender rechteckring - Google Patents

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WO2013159984A1
WO2013159984A1 PCT/EP2013/054945 EP2013054945W WO2013159984A1 WO 2013159984 A1 WO2013159984 A1 WO 2013159984A1 EP 2013054945 W EP2013054945 W EP 2013054945W WO 2013159984 A1 WO2013159984 A1 WO 2013159984A1
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WO
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peripheral surface
ring
rectangular ring
region
lock
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PCT/EP2013/054945
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Inventor
Juergen Mayer
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/162—Special parts or details relating to lubrication or cooling of the sealing itself
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/441—Free-space packings with floating ring
    • F16J15/442—Free-space packings with floating ring segmented
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3268—Mounting of sealing rings
    • F16J15/3272—Mounting of sealing rings the rings having a break or opening, e.g. to enable mounting on a shaft otherwise than from a shaft end

Definitions

  • the invention relates to an internal clamping rectangular ring for sealing a rotating component relative to a stationary component according to the preamble of patent claim 1.
  • Such rectangular rings are used for example in transmission technology as sealing elements for sealing a fixed flange against a rotatable shaft in a pressure and lubricating oil supply to a hydraulically actuated clutch.
  • the rectangular ring usually sits in a circumferential groove which is formed in the flange or in the shaft.
  • the rectangular ring is mounted in this groove with axial and radial play, so that pressure and lubricating oil can penetrate via a pressure chamber or overpressure area in the annular groove.
  • such a rectangular ring is slotted or split and resilient in itself, so that it is exciting in the case of an inner ring with its radially inner shell or peripheral surface to a radial outer surface of one of the two components exciting, and in the case of an externally tensioning Rings exciting with its radially outer shell or peripheral surface to a radial inner surface of one of the two associated components.
  • the rectangular ring is applied to a side surface of the groove by the action of the pressure fluid supplied from the overpressure region with an axial peripheral surface.
  • the sliding surface can be supplied to dissipate the heat lubricating oil. It is known to dispose on the sliding surface of a rectangular ring distributed over its circumference individual, pocket-shaped recesses for receiving a lubricant, which are connected to a pressure space for the lubricant.
  • DE 39 04 978 C2 shows such a sealing ring which axially separates two spaces with different pressure levels, wherein the two spaces are radially bounded by a shaft and a receiving hub.
  • the sealing ring is seated in an annular groove which is arranged on the shaft.
  • the sealing ring is formed as an open and externally tensioning ring, so that it rests with its radially outer surface sealingly against the wall of a hub bore and resting against the hub bore.
  • the sealing ring is slidably applied to a sidewall of the groove by the region at a higher pressure level. In the sliding sealing surface of the ring pocket-shaped recesses are distributed over the circumference introduced, which are open against the area under higher pressure.
  • DE 10 56 440 A shows such a rectangular ring, which sits outside tensioning against a machine part in a groove which is formed in a shaft.
  • the sealing ring has a continuous annular lubrication groove on one of the two axial peripheral surfaces, which forms a sliding surface.
  • the lubrication groove can be acted upon by a supply and lubricating fluid via radial feed channels, which are formed on the relevant end face of the ring.
  • an open, external tensioning rectangular ring is known, which is arranged between two relatively rotating components. Of the Rectangular ring is seated in a groove formed in one of the two components, wherein on the one axial side, a higher pressure acts as on the opposite side.
  • the axial low-pressure side of the sealing ring is provided with a circumferential groove which can be acted upon via the channels passing through the sealing ring channels with the higher pressure.
  • the sealing ring may be additionally provided on its radially outer peripheral surface with an annular groove which can be acted upon by channels with the higher pressure.
  • a comparable rectangular ring is also known from US Pat. No. 3,315,968 A.
  • a slotted rectangular ring In a slotted rectangular ring, its two circumferentially opposed ends can form a simple open ring with a butt gap. Also known are rectangular rings, such as piston rings, in which the two circumferentially opposite ends are designed as a lock. The ring ends of such rings may be collapsible or separable in the presence of self-suspension of the ring by overcoming the inherent resilience.
  • DE 10 2009 012 462 A1 shows a rotary feedthrough with such a rectangular ring, which is arranged between a rotor as a rotating component and a stator as a stationary component, wherein the stator engages around the rotor.
  • the right-angled ring is seated in a circumferential groove of the rotor.
  • a smaller width than height results in an axial static sealing area relative to the rotor, which fixes the rectangular ring relative to this component, as well as a radially outer dynamic sealing area relative to the stator, which allows the rectangular ring to slide relative to this component.
  • At least the dynamic sealing area is provided with at least one recess for generating a targeted leakage for cooling and lubricating.
  • the rectangular ring has a push or lock, which serves as an assembly aid.
  • the Recess is pocket-shaped and is located according to a local variant on the outer circumference of the rectangular ring as an integral part of the construction of the shock or lock.
  • the invention has for its object to provide an inner-tightening rectangular ring for sealing a rotating member relative to a stationary component, which is wear-resistant, easy to install and inexpensive to manufacture.
  • the invention is based on the finding that, in the case of a rectangular ring with integrated lubricating device as well as push or lock, the lubricating device for supplying the lubricant can be connected by a special construction to a leakage region of the joint or lock.
  • the invention is based on an internally tightening rectangular ring for sealing a rotating component relative to a stationary component, wherein the rectangular ring separates a pressure range from a low pressure region, wherein the rectangular ring has two circumferentially opposite ends formed as a shock or lock and connectable to each other, and wherein on a radially inner peripheral surface or on at least one axial peripheral surface of the rectangular ring at least one annular lubrication groove for receiving a supplied from the overpressure region lubricant is formed.
  • the invention provides that the at least one annular lubrication groove is not completely circular but has a closed end and an open end, wherein the open end of the annular lubrication groove merges into an overflow region, which with a leakage region of the shock or Castle is in fluid communication.
  • a lubrication device which produces a continuous lubricating film and thus a continuous effective lubrication around the circumference, but this requires no additional holes, channels or the like to supply the lubricant, thereby increasing the cost of manufacturing Reduce ring Rather, an easily realizable leakage area of an assembly, manufacturing or quality reasons usually already existing shock or lock is used to connect an overflow area that supplies the lubrication.
  • Lubrication is also reduced the contact pressure of the rectangular ring on the respective sliding surface, which additionally has a wear-reducing effect.
  • the two ring ends can be connected to one another via the joint or the lock, whereby a clearance effective as a leakage area remains in the joint or lock. Accordingly, this leakage region of the joint or lock connects an overpressure side with a low-pressure side of the rectangular ring in terms of flow, so that lubricant can always be supplied sufficiently and reliably by the overflow region of the annular circumferential groove of the rectangular ring.
  • the two ring ends of the rectangular ring are formed as a T-lock, wherein a first ring end has a T-shaped cross section, the short leg is arranged radially outward and the long leg radially inward, and at the two legs in the circumferential direction form an extension of the ring end.
  • the second ring end is formed as a receptacle for this extension, wherein the long leg engages in the receptacle and the short leg overlaps the receptacle radially outward.
  • the open end of the lubrication groove is arranged on the second ring end, so that on the radially outer peripheral surface of the rectangular ring, in an open end region of the T-lock, a leakage area is formed, which is acted upon by the overpressure area with lubricant and feeds the overflow area of the lubrication groove with lubricant.
  • the ring ends may have rounded or broken edges in the circumferential direction, which makes them particularly easy to mesh.
  • the T-lock contour By the T-lock contour, a guided connection of the ring ends is achieved. This ensures that the ring ends do not move axially against each other during assembly or in the mounted state and cause uncontrolled leakage losses or undesirable clamping forces. At the same time, the two ring ends are designed such that even in the fully pushed together state of the ring ends a leakage area for feeding the overflow of the
  • the geometry of the T-lock allows without additional effort a structurally simple realization of a limited leakage area and a limited overflow area connected thereto.
  • other types of shocks or locks for example a so-called double-stage lock, are suitable for feeding lubricant into the lubrication groove.
  • the structural design of a limited leakage area and a limited overflow area connected thereto may be concretized in a lubrication groove formed on a radially inner peripheral surface of the rectangular ring in that the overflow area is formed as a gap-shaped space located on the inner peripheral surface of the rectangular ring between the open end of
  • Lubricating groove and the free end of the longer leg of the T-lock extends, and is bounded by the two ring ends as well as by an adjacent to the radially inner peripheral surface of the rectangular ring surface of the two components to be sealed against each other.
  • the radially inner peripheral surface of the rectangular ring is usable as a sliding surface in which filled by the lubricant
  • Lubrication is symmetrical, the installation is not directional, which facilitates its installation.
  • the limited leakage region and the overflow region connected thereto can be realized by forming the overflow region as a gap-shaped space located on the axial peripheral surface extends between the open end of the lubricating groove and the end of the shorter leg of the T-lock, and which is bounded by the two ring ends and a surface adjacent to the axial peripheral surface of one of the two components.
  • the axial peripheral surface is useful as a sliding surface in which the friction is reduced by the lubricating groove filled with lubricant.
  • an annular lubrication groove is formed on the axial circumferential surface facing away from the overpressure region and on the opposing axial peripheral surface of the rectangular ring facing the overpressure region, the two lubrication grooves are in fluid communication with each other via the leakage area.
  • the rectangular ring according to the invention can be installed in various sealing systems. Applications in which rectangular rings are heavily stressed and which require correspondingly intensive lubrication, result in the transmission technology of vehicles.
  • a rectangular ring according to the invention can be used Seal a rotating shaft against a stationary flange for a pressure oil supply of a hydraulically actuated clutch serve.
  • the rectangular ring sits with axial and radial play in a groove introduced in the flange, wherein it is applied by pressurization on a side remote from a pressure area axial peripheral surface on a side surface of the groove resting or sliding, and by pressurization and / or inherent resilience with a radially inner Peripheral surface on an outer surface of the shaft exciting and resting or sliding rests.
  • two or more such rectangular rings may be installed, wherein an overpressure region lies axially between the rectangular rings and a low pressure region axially outside the rectangular rings.
  • FIG. 1 shows a first embodiment with two internal rectangular rings according to the invention in the installed state in a cross section
  • Fig. 2 is a partial side view of the rectangular ring of Fig. 1 with a
  • FIG. 3 is an enlarged view of the rectangular ring of FIG. 2 in a perspective view in the region of the T-lock,
  • FIG. 4 shows a second embodiment with two internal rectangular rings according to the invention in the installed state in a cross section
  • Fig. 5 is a partial side view of the rectangular ring of Fig. 4 with a
  • Fig. 6 is an enlarged view of the rectangular ring of Fig. 5 in a perspective view in the region of the T-lock.
  • two internal rectangular rings 4 are installed for sealing a rotating shaft 2 with respect to a vertical flange 1.
  • the two rectangular rings 4 separate an overpressure region or pressure chamber 3 extending between the rectangular rings 4 from a low-pressure region 16 extending axially outside the two rectangular rings 4.
  • the pressure chamber 3 is under pressure
  • lubricant is passed through a radial circumferential gap 20 between the shaft 2 and the flange 1 to the two rectangular rings 4.
  • the two rectangular rings 4 sit with axial and radial play each in a groove 21 which is introduced into the flange 1, and are biased against a radial outer surface 22 of the shaft 2 by their inherent resilience.
  • the two rectangular rings 4 are each applied axially on the side remote from the pressure chamber 3 side to a side wall 23 of the groove 21.
  • the rectangular rings 4 are thus effective axially outside and radially inside as sealing rings.
  • the rectangular rings 4 each have an annular lubrication groove 7, through which lubricant can be conducted.
  • the contact surface between the radially inner peripheral surface 1 1 and the outer surface 22 of the shaft 2 thus forms a sliding surface, while the rectangular ring 4 rests axially on the flange 1.
  • the rectangular ring 4 is formed radially slotted and therefore has two circumferentially opposite ends 9, 10, which are formed as a T-lock 5.
  • the first ring end 9 has a T-shaped cross-section, wherein the shorter axial leg 17 is arranged radially outward and the longer leg 18 points radially inward.
  • the two legs 17, 18 form an extension of the first ring end 9 in the circumferential direction.
  • the opposite second ring end 10 has one the extension fitting, two-legged receptacle 19, wherein the long leg 18 of the T-lock 5 engages between the two legs of the receptacle 19 and the short leg 17 of the T-lock 5, the receptacle 19 overlaps radially outward.
  • the long leg 18 thus acts as a guide of the T-lock. 5
  • a leakage region 15 is formed on the outer circumference or on the outer peripheral surface 24 in the region of the T-lock 5 on the part of the receiving second ring end 10, which is acted upon by the pressure chamber 3 with lubricant.
  • the leakage area 15 is in flow communication with an overflow area 6.
  • the overflow region 6 is formed as a gap-shaped space which extends substantially on the inner peripheral surface 1 1 of the rectangular ring 4 between the open end 14 of the lubrication groove 7 and the free end of the longer leg 18 of the T-lock 5.
  • the overflow region 6 is bounded by the two ring ends 9, 10 and by the outer surface 22 of the shaft 2 adjacent to the radially inner circumferential surface 11 and merges into the open end 14 of the lubrication groove 7.
  • the lubricating groove 7 is therefore permanently supplied with lubricant via the pressure chamber 3 and the T-lock 5 during operation and forms a lubricating film on the radially inner peripheral surface 11 of the rectangular ring 4.
  • FIG. 4 shows a to FIG. 1 largely identical pressure oil supply, but with axial sliding surfaces.
  • two rectangular rings 4 'installed the structure of which is shown in detail in Figures 5 and 6.
  • the rectangular ring 4 'on an axial peripheral surface 12 has an annular lubrication groove 8.
  • This axial peripheral surface 12 forms with the side wall 23 of the groove 21 of the stationary component 1, in which the ring 4 'sits, an axial Gleitflä- che.
  • the T-lock 5 corresponds to the embodiment of Fig. 2 and Fig. 3.
  • Lubricating groove 8 in turn has a closed end 13 'from the side of the T-shaped first ring end 9 and an open end 14' of the second ring end 10 formed as a receptacle 19.
  • a corresponding second lubrication groove 8 ' is formed, which is flow-connected to the first lubrication groove 8 via the leakage region 15' (see FIG. 4).
  • Both lubrication grooves 8, 8 ' can fulfill the same function, so that the installation of the rectangular ring 4' can be independent of direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen innenspannenden Rechteckring (4, 4') zur Abdichtung eines drehenden Bauteils (2) gegenüber einem stehenden Bauteil (1), wobei der Rechteckring einen Überdruckbereich (3) von einem Niederdruckbereich (16) trennt, wobei der Rechteckring zwei umfangsbezogen gegenüberliegende Enden (9, 10) aufweist, die als Stoß oder Schloss (5) ausgebildet sowie miteinander verbindbar sind, und wobei an einer radial inneren Umfangsfläche (11) oder an zumindest einer axialen Umfangsfläche (12) des Rechteckrings (4, 4') wenigstens eine ringförmige Schmiernut (7; 8, 8') zur Aufnahme eines aus dem Überdruckbereich (3) zuführbaren Schmiermittels ausgebildet ist. Damit der Rechteckring verschleißarm, montagefreundlich und kostengünstig ist, sieht die Erfindung vor, dass die zumindest eine ringförmige Schmiernut (7; 8, 8') nicht vollständig kreisförmig ausgebildet ist sondern ein geschlossenes Ende (13, 13') sowie ein offenes Ende (14, 14') aufweist, wobei das offene Ende (14, 14') der Schmiernut (7; 8, 8') in einen Überströmbereich (6, 6') übergeht, welcher mit einem Leckagebereich (15, 15') des Stoßes oder Schlosses (5) in Strömungsverbindung ist.

Description

Innenspannender Rechteckrinq
Die Erfindung betrifft einen innenspannenden Rechteckring zur Abdichtung eines drehenden Bauteils gegenüber einem stehenden Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Derartige Rechteckringe werden beispielsweise in der Getriebetechnik als Dichtelemente zur Abdichtung eines feststehenden Flansches gegenüber einer drehbaren Welle bei einer Druck- und Schmierölzuführung zu einer hydraulisch betätigten Kupplung genutzt. Der Rechteckring sitzt dabei üblicherweise in einer Umfangsnut, die im Flansch oder in der Welle ausgebildet ist. Der Rechteckring ist in dieser Nut mit axialem und radialem Spiel montiert, so dass Druck- und Schmieröl über einen Druckraum oder Überdruckbereich in die Ringnut eindringen kann. Meistens ist ein solcher Rechteckring geschlitzt bzw. geteilt sowie in sich federnd ausgebildet, so dass er sich im Falle eines innenspannenden Rings mit seiner radial inneren Mantel- bzw. Umfangsfläche an eine radiale Außenfläche eines der beiden Bauteile spannend anlegt, und sich im Falle eines außenspannenden Rings mit seiner radial äußeren Mantel- bzw. Umfangsfläche an eine radiale Innenfläche eines der beiden zugeordneten Bauteile spannend anlegt. In axialer Richtung legt sich der Rechteckring durch die Einwirkung der aus dem Überdruckbereich zugeführten Druckflüssigkeit mit einer axialen Umfangsfläche an eine Seitenfläche der Nut an.
Je nach gewünschter Anordnung ruht entweder die radial anliegende Umfangsfläche oder die axial anliegende Umfangsfläche des Rechteckrings gegenüber einem der beiden Bauteile. Dementsprechend wirkt die jeweils andere der radialen Umfangsfläche und der axialen Umfangsfläche als eine dichtende Gleitfläche bei einer Relativdrehung der beiden Bauteile. Um die thermische Belastung zu begrenzen, die an der jeweiligen Gleitfläche aufgrund der erzeugten Reibleistung entsteht, kann der Gleitfläche zur Abfuhr der Wärme Schmieröl zugeführt werden. Es ist bekannt, an der Gleitfläche eines Rechteckrings über seinen Umfang verteilt einzelne, taschenförmige Vertiefungen zur Aufnahme eines Schmiermittels anzuordnen, die mit einem Druckraum für das Schmiermittel verbunden sind.
Die DE 39 04 978 C2 zeigt einen solchen Dichtring, der zwei Räume mit unterschiedlichen Druckniveaus axial voneinander trennt, wobei die beiden Räume von einer Welle und einer diese aufnehmenden Nabe radial begrenzt sind. Der Dichtring sitzt in einer Ringnut, die an der Welle angeordnet ist. Der Dichtring ist als ein offener und außenspannender Ring ausbildet, so dass er mit seiner radial äußeren Mantelfläche dichtend an der Wand einer Nabenbohrung und ruhend gegenüber der Nabenbohrung anliegt. Axial wird der Dichtring durch den auf höherem Druckniveau liegenden Bereich an eine Seitenwand der Nut gleitend angelegt. In der gleitenden Dichtfläche des Rings sind über den Umfang verteilt taschenförmige Ausnehmungen eingebracht, die gegen den unter höherem Druck stehenden Bereich offen sind.
Weiterhin ist es bekannt, am Umfang eines Rechteckrings eine durchgehende ringförmige Schmiernut oder Vertiefung auszubilden, die mit einem Druckraum verbunden ist. Dadurch wird gegenüber einer segmentierten Schmierung, wie im Falle von Schmiertaschen, ein effektiverer, umfangsbezogen durchgehender Schmierfilm an der Gleitfläche erzeugt. Durch eine Druckbeaufschlagung der Schmiernut kann zudem die Anpresskraft an die Gleitfläche über den Umfang gleichmäßig verringert werden, wodurch sich Reibverluste weiter reduzieren lassen.
Die DE 10 56 440 A zeigt einen solchen Rechteckring, der außenspannend gegenüber einem Maschinenteil in einer Nut sitzt, die in einer Welle ausgebildet ist. Der Dichtring weist an einer der beiden axialen Umfangsflächen, die eine Gleitfläche bildet, eine durchgehende ringförmige Schmiernut auf. Die Schmiernut ist über radiale Zuführkanäle, die an der betreffenden Stirnfläche des Rings ausgebildet sind, mit einer Druck- und Schmierflüssigkeit beaufschlagbar.
Aus der DE 21 46 026 C2 ist ein offener, außenspannender Rechteckring bekannt, der zwischen zwei relativ zueinander drehenden Bauteilen angeordnet ist. Der Rechteckring sitzt in einer in einem der beiden Bauteile ausgebildeten Nut, wobei auf der einen axialen Seite ein höherer Druck wirkt als auf der gegenüberliegenden Seite. Die axiale Niederdruckseite des Dichtrings ist mit einer Umfangsnut versehen, die über durch den Dichtungsring hindurchführende Kanäle mit dem höheren Druck beaufschlagbar ist. Der Dichtring kann zusätzlich an seiner radial äußeren Umfangsfläche mit einer Ringnut versehen sein, die über Kanäle mit dem höheren Druck beaufschlagbar ist. Ein damit vergleichbarer Rechteckring ist auch aus der US 3 315 968 A bekannt.
Bei einem geschlitzten Rechteckring können seine beiden umfangsbezogen gegenüberliegenden Enden einen einfachen offenen Ring mit einem Stoßspalt bilden. Bereits bekannt sind auch Rechteckringe, beispielsweise Kolbenringe, bei denen die beiden umfangsbezogen gegenüberliegenden Enden als Schloss ausgebildet sind. Die Ringenden derartiger Ringe können bei Vorhandensein einer Eigenfederung des Rings durch Überwinden der Eigenfederung zusammenführbar oder voneinander trennbar sein.
Die DE 10 2009 012 462 A1 zeigt eine Drehdurchführung mit einem solchen Rechteckring, der zwischen einem Rotor als drehendem Bauteil und einem Stator als stehendem Bauteil angeordnet ist, wobei der Stator den Rotor umgreift. Gemäß eines Ausführungsbeispiels sitzt der Rechtreckring in einer Umfangsnut des Rotors. Durch Druckeinwirkung über einen Olführungskanal wird der Rechteckring axial mit seiner von dem Olführungskanal abgewandten axialen Umfangsfläche gegen die Wand der Nut gedrückt und mit seiner radial äußeren Umfangsfläche gegen eine Innenfläche des Stators angelegt. Aufgrund unterschiedlicher Abmessungen des Ringquerschnitts in der Höhe und der Breite wirken auf den Ring resultierende Flächenkräfte, die in axialer Richtung und in radialer Richtung unterschiedlich sind. Durch eine geringere Breite als Höhe ergibt sich gegenüber dem Rotor ein axialer statischer Dichtbereich, der den Rechteckring gegenüber diesem Bauteil festsetzt, sowie gegenüber dem Stator ein radial äußerer dynamischer Dichtbereich, der den Rechteckring gegenüber diesem Bauteil gleiten lässt. Zumindest der dynamische Dichtbereich ist zur Erzeugung einer gezielten Leckage zum Kühlen und Schmieren mit mindestens einer Ausnehmung versehen. Der Rechteckring weist ein Stoß oder Schloss auf, das als Montagehilfe dient. Die Ausnehmung ist taschenförmig ausgebildet und befindet sich gemäß einer dortigen Variante am äußeren Kreisumfang des Rechteckrings als integrierter Bestandteil der Konstruktion des Stoßes oder Schlosses.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen innenspannenden Rechteckring zur Abdichtung eines drehenden Bauteils gegenüber einem stehenden Bauteil zu schaffen, der verschleißarm, montagefreundlich und kostengünstig in der Herstellung ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Rechteckring mit integrierter Schmiereinrichtung sowie Stoß oder Schloss, die Schmiereinrichtung zur Zuführung des Schmiermittels durch eine besondere Konstruktion mit einem Leckagebereich des Stoßes bzw. Schlosses verbunden werden kann.
Demnach geht die Erfindung aus von einem innenspannenden Rechteckring zur Abdichtung eines drehenden Bauteils gegenüber einem stehenden Bauteil, wobei der Rechteckring einen Überdruckbereich von einem Niederdruckbereich trennt, wobei der Rechteckring zwei umfangsbezogen gegenüberliegende Enden aufweist, die als Stoß oder Schloss ausgebildet sowie miteinander verbindbar sind, und wobei an einer radial inneren Umfangsfläche oder an zumindest einer axialen Umfangsfläche des Rechteckrings wenigstens eine ringförmige Schmiernut zur Aufnahme eines aus dem Überdruckbereich zuführbaren Schmiermittels ausgebildet ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die zumindest eine ringförmige Schmiernut nicht vollständig kreisförmig ausgebildet ist sondern ein geschlossenes Ende sowie ein offenes Ende aufweist, wobei das offene Ende der ringförmigen Schmiernut in einen Überströmbereich übergeht, welcher mit einem Leckagebereich des Stoßes oder Schlosses in Strömungsverbindung ist. Bei diesem Rechteckring wird die Reibung an einer Gleitfläche durch eine Schmierungseinrichtung reduziert, die einen durchgehenden Schmierfilm und damit eine kontinuierliche effektive Schmierung über den Umfang erzeugt, dazu aber keine zusätzlichen Bohrungen, Kanäle oder dergleichen zur Versorgung mit dem Schmiermittel benötigt, wodurch sich die Herstellungskosten des Rings reduzieren. Vielmehr wird ein einfach realisierbarer Leckagebereich eines aus Montage-, Fertigungs- oder Qualitätsgründen meistens ohnehin vorhandenen Stoßes oder Schlosses genutzt, um einen Überströmbereich anzuschließen, der die Schmiernut versorgt.
Durch eine mittels des aus einem Überdruckbereich zugeführten Schmiermittels erfolgende Schmierung und gleichzeitige Druckbeaufschlagung der Ring- bzw.
Schmiernut wird zudem die Anpresskraft des Rechteckrings an der betreffenden Gleitfläche reduziert, welches sich zusätzlich verschleißmindernd auswirkt.
Die beiden Ringenden sind über den Stoß oder das Schloss miteinander verbindbar, wobei ein als Leckagebereich wirksames Spiel im Stoß oder Schloss verbleibt. Dieser Leckagebereich des Stoßes oder Schlosses verbindet demnach eine Überdruckseite mit einer Niederdruckseite des Rechteckrings strömungstechnisch, so dass durch den Überströmbereich der ringförmigen Umfangsnut des Rechteckrings stets ausreichend und zuverlässig Schmiermittel zuführbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Ringenden des Rechteckrings als ein T-Schloss ausgebildet sind, wobei ein erstes Ringende einen T-förmigen Querschnitt aufweist, dessen kurzer Schenkel radial außen und dessen langer Schenkel radial innen angeordnet ist, und bei dem die beiden Schenkel in Umfangsrichtung einen Fortsatz des Ringendes bilden. Außerdem ist vorgesehen, dass das zweite Ringende als eine Aufnahme für diesen Fortsatz ausgebildet ist, wobei der lange Schenkel in die Aufnahme eingreift und der kurze Schenkel die Aufnahme radial außen überlappt. Weiter ist vorgesehen, dass das offene Ende der Schmiernut an dem zweiten Ringende angeordnet ist, so dass an der radial äußeren Umfangsfläche des Rechteckrings, in einem offen bleibenden Endbereich des T-Schlosses, ein Leckagebereich ausgebildet ist, der von dem Überdruckbereich mit Schmiermittel beaufschlagt ist und der den Überströmbereich der Schmiernut mit Schmiermittel speist.
Die Ringenden können in Umfangsrichtung abgerundete oder gebrochene Kanten aufweisen, wodurch sie besonders leicht ineinander greifen.
Durch die T-Schlosskontur wird eine geführte Verbindung der Ringenden erreicht. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Ringenden bei der Montage oder im montierten Zustand nicht axial gegeneinander verschieben und unkontrollierte Leckageverluste oder unerwünschte Klemmkräfte verursachen. Gleichzeitig sind die beiden Ringenden derart konzipiert, dass auch in vollständig zusammengeschobenem Zustand der Ringenden ein Leckagebereich zur Speisung des Überströmbereichs der
Schmiernut verbleibt.
Die Geometrie des T-Schlosses ermöglicht ohne zusätzlichen Aufwand eine konstruktiv einfache Realisierung eines begrenzten Leckagebereiches und eines daran angeschlossenen begrenzten Überströmbereiches. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Stoß- bzw. Schlossarten, beispielsweise ein sogenanntes Doppelstufenschloss, zur Schmiermittezuführung der Schmiernut geeignet.
Der konstruktive Aufbau eines begrenzten Leckagebereichs und eines daran angeschlossenen begrenzten Überströmbereichs kann bei einer Schmiernut, die an einer radial inneren Umfangsfläche des Rechteckrings ausgebildet ist, dadurch konkretisiert sein, dass der Überströmbereich als ein spaltförmiger Raum ausgebildet ist, der sich an der inneren Umfangsfläche des Rechteckrings zwischen dem offenen Ende der
Schmiernut und dem freien Ende des längeren Schenkels des T-Schlosses erstreckt, und der von den beiden Ringenden sowie von einer zu der radial inneren Umfangsfläche des Rechteckrings benachbarten Fläche eines der beiden gegeneinander abzudichtenden Bauteile begrenzt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die radial innere Umfangsfläche des Rechteckrings als eine Gleitfläche nutzbar, bei der durch die mit Schmiermittel gefüllte
Schmiernut die Reibung verringert wird. Da der Rechteckring mit der radialen
Schmiernut symmetrisch aufgebaut ist, ist der Einbau nicht richtungsgebunden, wodurch seine Montage erleichtert wird.
Bei einer Schmiernut, die an einer axialen Umfangsfläche des Rechteckrings ausgebildet ist, welche von dem Überdruckbereich abgewandt ist, kann der begrenzte Leckagebereich und der daran angeschlossene Überströmbereichs dadurch realisiert sein, dass der Überströmbereich als ein spaltförmiger Raum ausgebildet ist, der sich an der axialen Umfangsfläche zwischen dem offenen Ende der Schmiernut sowie dem Ende des kürzeren Schenkels des T-Schlosses erstreckt, und der von den beiden Ringenden sowie einer zu der axialen Umfangsfläche benachbarten Fläche eines der beiden Bauteile begrenzt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die axiale Umfangsfläche als eine Gleitfläche nutzbar, bei der durch die mit Schmiermittel gefüllte Schmiernut die Reibung verringert wird.
Um auch bei einer axialen Gleitfläche des Rechteckrings einen richtungsungebundenen Einbau zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass an der von dem Überdruckbereich abgewandten axialen Umfangsfläche und an der dem Überdruckbereich zugewandten, gegenüberliegenden axialen Umfangsfläche des Rechteckrings jeweils eine ringförmige Schmiernut ausgebildet ist, wobei die beiden Schmiernuten über den Leckagebereich miteinander in Strömungsverbindung sind. Durch die Ausbildung einer zweiten Schmiernut wird zudem das Gewicht des Rechteckrings verringert.
Grundsätzlich ist auch ein Rechteckring mit einer radialen Schmiernut und einer oder zwei axialen Schmiernuten möglich.
Der Rechteckring gemäß der Erfindung kann in verschiedenen Dichtsystemen verbaut werden. Anwendungen, in denen Rechteckringe stark beansprucht sind und die eine entsprechend intensive Schmierung erfordern, ergeben sich in der Getriebetechnik von Fahrzeugen. Beispielsweise kann ein Rechteckring gemäß der Erfindung zur Ab- dichtung einer drehenden Welle gegenüber einem stehenden Flansch für eine Drucköl- zuführung einer hydraulisch betätigten Kupplung dienen. Dabei sitzt der Rechteckring mit axialem und radialem Spiel in einer in dem Flansch eingebrachten Nut, wobei er durch Druckbeaufschlagung an einer von einem Überdruckbereich abgewandten axialen Umfangsfläche an einer Seitenfläche der Nut ruhend oder gleitend anliegt, und durch Druckbeaufschlagung und/oder Eigenfederung mit einer radial inneren Umfangsfläche an einer Außenfläche der Welle spannend sowie ruhend oder gleitend anliegt.
Bei einer solchen Anordnung können auch zwei oder mehr solcher Rechteckringe verbaut sein, wobei ein Überdruckbereich axial zwischen den Rechteckringen und ein Niederdruckbereich axial außerhalb der Rechteckringe liegt.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
Fig. 1 eine erste Ausführungsform mit zwei innenspannenden Rechteckringen gemäß der Erfindung im eingebauten Zustand in einem Querschnitt,
Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht des Rechteckrings der Fig. 1 mit einem
T-Schloss,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Rechteckrings der Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht im Bereich des T-Schlosses,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform mit zwei innenspannenden Rechteckringen gemäß der Erfindung im eingebauten Zustand in einem Querschnitt,
Fig. 5 eine teilweise Seitenansicht des Rechteckrings der Fig. 4 mit einem
T-Schloss, und Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Rechteckrings der Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht im Bereich des T-Schlosses.
Demnach sind bei einer in Fig. 1 schematisch dargestellten Druckölzuführung zwei innenspannende Rechteckringe 4 zur Abdichtung einer drehenden Welle 2 gegenüber einem stehenden Flansch 1 verbaut. Die beiden Rechteckringe 4 trennen einen sich zwischen den Rechteckringen 4 erstreckenden Überdruckbereich beziehungsweise Druckraum 3 von einem axial außerhalb der beiden Rechteckringe 4 sich erstreckenden Niederdruckbereich 16. Der Druckraum 3 ist mit einem unter Druck stehenden
Schmiermittel gefüllt. Von dem Druckraum 3 wird Schmiermittel über einen radialen Umfangsspalt 20 zwischen der Welle 2 und dem Flansch 1 an die beiden Rechteckringe 4 geführt. Die beiden Rechteckringe 4 sitzen mit axialem und radialem Spiel jeweils in einer Nut 21 , welche in den Flansch 1 eingebracht ist, und sind gegenüber einer radialen Außenfläche 22 der Welle 2 durch ihre Eigenfederung vorgespannt. Durch die Druckbeaufschlagung durch das Schmiermittel sind die beiden Rechteckringe 4 jeweils auf der von dem Druckraum 3 abgewandten Seite axial an eine Seitenwand 23 der Nut 21 angelegt. Die Rechteckringe 4 sind somit nach axial außen und radial innen als Dichtringe wirksam.
An ihrer radial inneren Umfangsfläche 1 1 (Fig. 3) weisen die Rechteckringe 4 jeweils eine ringförmige Schmiernut 7 auf, durch die Schmiermittel leitbar ist. Die Kontaktfläche zwischen der radial inneren Umfangsfläche 1 1 und der Außenfläche 22 der Welle 2 bildet demnach eine Gleitfläche, während der Rechteckring 4 axial an dem Flansch 1 ruht.
Der Aufbau der Rechteckringe 4 geht aus den Figuren 2 und 3 genauer hervor. Demnach ist der Rechteckring 4 radial geschlitzt ausgebildet und weist daher zwei um- fangsbezogen gegenüberliegende Enden 9, 10 auf, die als ein T-Schloss 5 ausgebildet sind. Das erste Ringende 9 weist einen T-förmigen Querschnitt auf, wobei der kürzere axiale Schenkel 17 radial außen angeordnet ist und der längere Schenkel 18 radial nach innen weist. Die beiden Schenkel 17, 18 bilden in Umfangsrichtung einen Fortsatz des ersten Ringendes 9. Das gegenüberliegende zweite Ringende 10 weist eine zu dem Fortsatz passende, zweischenklige Aufnahme 19 auf, wobei der lange Schenkel 18 des T-Schlosses 5 zwischen die beiden Schenkel der Aufnahme 19 eingreift und der kurze Schenkel 17 des T-Schloss 5 die Aufnahme 19 radial außen überlappt. Der lange Schenkel 18 wirkt demnach als eine Führung des T-Schlosses 5.
Die Schmiernut 7, die an der radial inneren Umfangsfläche 1 1 des Rechteckrings 4 ausgebildet ist, besitzt umfangsbezogen ein offenes Ende 14 und ein geschlossenes Ende 13, wobei das geschlossene Ende 13 zu dem T-förmigen ersten Ringende 9 und das offene Ende 14 zu dem aufnahmeförmigen zweiten Ringende 10 benachbart ist.
Im geschlossenen oder teilgeschlossenem Zustand des Rechteckrings 4 ist am äußeren Kreisumfang bzw. an dessen äußere Umfangsfläche 24 im Bereich des T-Schlosses 5 seitens des aufnahmeförmigen zweiten Ringendes 10 ein Leckagebereich 15 ausgebildet, der über den Druckraum 3 mit Schmiermittel beaufschlagt wird. Der Leckagebereich 15 ist mit einem Überströmbereich 6 in Strömungsverbindung. Der Überströmbereich 6 ist als spaltförmiger Raum ausgebildet, der sich im Wesentlichen an der inneren Umfangsfläche 1 1 des Rechteckrings 4 zwischen dem offenen Ende 14 der Schmiernut 7 und dem freien Ende des längeren Schenkels 18 des T-Schlosses 5 erstreckt. Der Überströmbereich 6 ist von den beiden Ringenden 9, 10 sowie von der zu der radial inneren Umfangsfläche 1 1 benachbarten Außenfläche 22 der Welle 2 begrenzt und geht in das offene Ende 14 der Schmiernut 7 über. Die Schmiernut 7 wird daher im Betrieb über den Druckraum 3 und das T-Schloss 5 permanent mit Schmiermittel versorgt und bildet einen Schmierfilm an der radial inneren Umfangsfläche 1 1 des Rechteckrings 4.
Fig. 4 zeigt eine zur Fig. 1 weitgehend baugleiche Druckölzuführung, allerdings mit axialen Gleitflächen. Darin sind zwei Rechteckringe 4' verbaut, deren Aufbau in den Figuren 5 und 6 im Detail dargestellt ist.
Demnach weist der Rechteckring 4' an einer axialen Umfangsfläche 12 eine ringförmige Schmiernut 8 auf. Diese axiale Umfangsfläche 12 bildet mit der Seitenwand 23 der Nut 21 des stehenden Bauteils 1 , in welcher der Ring 4' sitzt, eine axiale Gleitflä- che. Das T-Schloss 5 entspricht der Ausführungsform von Fig. 2 und Fig. 3. Die
Schmiernut 8 besitzt wiederum ein geschlossenes Ende 13' seitens des T-förmigen ersten Ringendes 9 und ein offenes Ende 14' seitens des als Aufnahme 19 ausgebildeten zweiten Ringendes 10. Das offene Nutende 14' geht in einen Überströmbereich 6' über, der mit einem Leckagebereich 15' am äußeren Kreisumfang (äußere Umfangsfläche 24) des Rechteckrings 4' strömungsverbunden ist.
An der gegenüberliegenden axialen Umfangsfläche 12' des Rechteckrings 4' ist eine entsprechende zweite Schmiernut 8' ausgebildet, die mit der ersten Schmiernut 8 über den Leckagebereich 15' strömungsverbunden ist (siehe Fig. 4). Beide Schmiernuten 8, 8' können die gleiche Funktion erfüllen, so dass der Einbau des Rechteckrings 4' richtungsunabhängig erfolgen kann.
Bezuqszeichen Stehendes Bauteil, Flansch
Drehendes Bauteil, Welle
Überdruckbereich, Druckraum
, 4' Rechteckring
Stoß, Schloss
, 6' Überströmbereich
Radiale Schmiernut
, 8' Axiale Schmiernut
Erstes Ringende
0 Zweites Ringende
1 Radial innere Umfangsfläche
2, 12' Axiale Umfangsfläche
3, 13' Geschlossenes Nutende
4, 14' Offenes Nutende
5, 15' Leckagebereich
6 Niederdruckbereich
7 Kurzer Schenkel des T-Schlosses 5
8 Langer Schenkel des T-Schlosses 5
9 Aufnahme
0 Spalt
1 Nut im stehenden Bauteil 1
2 Außenfläche
3, 23' Seitenwand in der Nut 21 des stehenden Bauteils 14 Äußeren Umfangsfläche des Rechteckrings

Claims

Patentansprüche
1 . Innenspannender Rechteckring (4, 4') zur Abdichtung eines drehenden Bauteils (2) gegenüber einem stehenden Bauteil (1 ), wobei der Rechteckring einen Überdruckbereich (3) von einem Niederdruckbereich (1 6) trennt, wobei der Rechteckring zwei umfangsbezogen gegenüberliegende Enden (9, 10) aufweist, die als Stoß oder Schloss (5) ausgebildet sowie miteinander verbindbar sind, und wobei an einer radial inneren Umfangsfläche (1 1 ) oder an zumindest einer axialen Umfangsfläche (12, 12') des Rechteckrings (4, 4') wenigstens eine ringförmige Schmiernut (7; 8, 8') zur Aufnahme eines aus dem Überdruckbereich (3) zuführbaren Schmiermittels ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine ringförmige Schmiernut (7; 8, 8') nicht vollständig kreisförmig ausgebildet ist sondern ein geschlossenes Ende (13, 13') sowie ein offenes Ende (14, 14') aufweist, wobei das offene Ende (14, 14') der
Schmiernut (7; 8, 8') in einen Überströmbereich (6, 6') übergeht, welcher mit einem Leckagebereich (15, 15') des Stoßes oder Schlosses (5) in Strömungsverbindung ist.
2. Innenspannender Rechteckring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringenden (9, 10) als ein T-Schloss (5) ausgebildet sind, wobei ein erstes Ringende (9) einen T-förmigen Querschnitt aufweist, dessen kurzer Schenkel (17) radial außen und dessen langer Schenkel (18) radial innen angeordnet ist sowie die beiden Schenkel (17, 18) in Umfangsrichtung einen Fortsatz des Ringendes (9) bilden, wobei das zweite Ringende (10) als eine Aufnahme (19) für diesen Fortsatz ausgebildet ist, wobei der lange Schenkel (18) in die Aufnahme (19) eingreift und der kurze Schenkel (17) die Aufnahme (19) radial außen überlappt, und bei dem das offene Ende (14, 14') der Schmiernut (7, 8) an diesem zweiten Ringende (10) angeordnet ist, so dass an der radial äußeren Umfangsfläche (24) des Rechteckrings (4, 4'), in einem offen bleibenden Endbereich des T-Schlosses (5), ein Leckagebereich (15, 15') ausgebildet ist, der von dem Überdruckbereich (3) mit Schmiermittel beaufschlagt ist und der den Überströmbereich (6, 6') der Schmiernut (7, 8) mit Schmiermittel speist.
3. Innenspannender Rechteckring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringenden (9, 10) in Umfangsrichtung abgerundete oder gebrochene Kanten aufweisen.
4. Innenspannender Rechteckring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringenden (9, 10) in Umfangsrichtung gebrochene Kanten aufweisen.
5. Innenspannender Rechteckring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine ringförmige Schmiernut (7) an einer radial inneren Umfangsfläche (1 1 ) des Rechteckring (4) ausgebildet ist, wobei der Überströmbereich (6) als ein spaltförmiger Raum ausgebildet ist, der sich an der inneren Umfangsfläche (1 1 ) des Rechteckring (4) zwischen dem offenen Ende (14) der Schmiernut (7) sowie dem freien Ende des längeren Schenkels (18) des T-Schlosses (5) erstreckt und von den beiden Ringenden (9, 10) sowie einer zu der radial inneren Umfangsfläche (1 1 ) benachbarten Fläche (22) eines der beiden gegeneinander abzudichtenden Bauteile (1 , 2) begrenzt ist.
6. Innenspannender Rechteckring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine ringförmige Schmiernut (8) an einer axialen Umfangsfläche (12) des Rechteckring (4') ausgebildet ist, die von dem Überdruckbereich (3) abgewandt ist, wobei der Überströmbereich (6') als ein spaltförmiger Raum ausgebildet ist, der sich an der axialen Umfangsfläche (12) des Rechteckring (4') zwischen dem offenen Ende (14') der Schmiernut (8) sowie dem Ende des kürzeren Schenkels (17) des T-Schlosses (5) erstreckt und von den beiden Ringenden (9, 10) sowie einer zu der axialen Umfangsfläche (12) benachbarten Fläche (23) eines der beiden gegeneinander abzudichtenden Bauteile (1 , 2) begrenzt ist.
7. Innenspannender Rechteckring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der von dem Überdruckbereich (3) abgewandten axialen Umfangsfläche (12) und an der dem Überdruckbereich (3) zugewandten, gegenüberliegenden axialen Umfangsfläche (12') jeweils eine ringförmige Schmiernut (8, 8') ausgebildet ist, wobei die beiden Schmiernuten (8, 8') über den Leckagebereich (15') miteinander in Strömungsverbindung sind.
8. Innenspannender Rechteckring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Abdichtung einer drehenden Welle (2) gegenüber einem stehenden Flansch (1 ) angeordnet ist und mit axialem sowie radialem Spiel in einer in dem Flansch (1 ) eingebrachten Nut (21 ) sitzt, wobei er durch Druckbeaufschlagung mit einer von einem Überdruckbereich (3) abgewandten axialen Umfangsfläche (12) an einer Seitenfläche (23) der Nut (21 ) ruhend oder gleitend anliegt, und durch Druckbeaufschlagung und/oder Eigenfederung mit einer radial inneren Umfangsfläche (1 1 ) an einer Außenfläche (22) der Welle (2) spannend sowie ruhend oder gleitend anliegt.
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