DE69522093T2

DE69522093T2 - Dichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69522093T2
Application number: DE69522093T
Authority: DE
Inventors: Toshio Oka
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1995-10-02
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: DE69522093D1; JPH08219292A; US5632494A; EP0731301A1; CN1083075C; KR100219767B1; CN1133955A; JP3437312B2; TW471415U; EP0731301B1; KR960031856A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring, auf dessen Seitenfläche hydraulischer Druck wirkt, sowie eine Dichtungsvorrichtung mit einem derartigen Dichtungsring.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine automatische in Kraftfahrzeugen eingesetzte Übersetzung hat eine hydraulische Schaltung, die Kupplungen und Bremsen betätigt. Ein Dichtungsring und eine Dichtungsvorrichtung, die eine Leckage des Öls, das zu der Hydraulilseinrichtung geliefert wird, verhindern, werden weitverbreitet eingesetzt. Ein Beispiel einer Dichtungsvorrichtung ist offenbart in der DE-A-38 05 735, die einen Bremsverstärker zeigt, der einen Dichtungsring hat, welcher einen O-Ring aufweist, der von einem Teflon®-Ring umgeben ist.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, hat eine Dichtungseinrichtung, die mit dem Bezugszeichen 1 angegeben ist, einen hydraulischen Durchgang 3, der in einer Welle 2 gebildet ist, ein Paar Ringnuten 4, die in der äußeren Umfangswand der Welle 2 vorgesehen sind und Dichtungsringe 5, die aus einem synthetischen Harz hergestellt sind, die in die Ringnuten 4 eingesetzt sind. Die Umfangsfläche jedes Dichtungsrings 5 ist mit der inneren Umfangsfläche eines rotierenden Gehäuses 6 auf der Antriebsseite in einen Gleitkontakt gebracht. Der hydraulische Durchgangsweg 3 kommuniziert mit einer Arbeitskammer 9 innerhalb des Gehäuses 6 über eine Nut 7 in der äußeren Umfangsfläche der Welle 2 und einem Einlaß 8, der im Gehäuse 6 vorgesehen ist. Ein Kolben 10 begrenzt die Arbeitskammer 9 innerhalb des Gehäuses 6. Hydraulischer Druck innerhalb der Arbeitskammer 9 verschiebt den Kolben 10 in Fig. 5 nach links, um die Kupplungsplatten 11 auf der Seite des Gehäuses 6 und die Kupplungsplatten 13 auf der Seite einer Abtriebswelle 12 in Gleitkontakt zu bringen, wodurch die Drehbewegung des Gehäuses 6 auf die Abtriebswelle 12 übertragen wird. Ein Abschalten der Lieferung von Hydraulikdruck zu der Arbeitskammer 9 setzt die Kupplungen frei, wodurch die Übertragung der Drehbewegung zu der Abtriebswelle 12 angehalten wird.
Die Nut 7 in der äußeren Umfangsfläche der Welle 2 kommuniziert mit jeder der Ringnuten 4, so daß Hydraulikdruck, der in die Ringnuten 4 eingeleitet wurde, die Dichtungsringe 5 in drückenden Kontakt mit den Seitenflächen der Ringnuten 4 bringt und die Dichtungsringe 5 in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 6 bringt, wodurch eine Leckage von Öl verhindert wird. In dem Beispiel von Fig. 5 sind die Kräfte, die auf die Seitenflächen der Dichtungsringe 5 wirken, größer als die Kräfte die auf die inneren Umfangsflächen der Dichtungsringe 5 wirken. Als Ergebnis hiervon werden die Dichtungsringe 5 auf der Seite der Welle 2 gehalten, und die äußeren Umfangsflächen der Dichtungsringe 5 werden in Gleitkontakt mit dem Gehäuse 6 gebracht. In diesem Fall ist der Drehmomentverlust auf Grund dieses Gleitkontakts jedoch groß. Als Folge hiervon werden die äußeren Umfangsflächen der Dichtungsringe 5 gegen das Gehäuse 6 gehalten und die Seitenflächen der Ringe 5 werden in Gleitkontakt mit den Seitenwandflächen der Ringnuten 4 gebracht. Ein Beispiel hiervon ist in Fig. 6 dargestellt.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, haben alle Dichtungsringe 5' sich umfangsmäßig erstreckende ringförmige Nuten 14 in ihren beiden Seitenflächen und eine Vielzahl von beabstandeten, sich in Richtung des Durchmessers erstreckende Nuten 15, die sich zu den ringförmigen Nuten 14 erstrecken. Hydraulischer Druck wird in die Nuten 14, 15 eingeleitet, so daß jeder Dichtungsring 5' in Gleitkontakt mit einer Seitenwand der entsprechenden Ringnut 4 durch eine Kraft P1 in Kontakt gebracht wird, die auf die Seitenfläche des Dichtungsrings 5' wirkt und so, daß jeder Dichtungsring 5' auf der Seite des Gehäuses 6 durch eine Kraft P2 gehalten wird die auf die innere Umfangsfläche des Dichtungsrings 5' wirkt.
Beim Beispiel von Fig. 6 wird eine abgedichtete Fläche über eine Länge l, zwischen der Seitenfläche jedes Dichtungsrings 5' und der Seitenfläche der korrespondierenden Ringnut 4 sichergestellt. Die Länge l&sub1; ist jedoch klein. Als Folge hiervon verschleißt die Seitenwandfläche exzentrisch, wenn die Seitenwandfläche der Ringnut 4 so hergestellt ist, daß sie eine Abwinkelung hat (was durch die Nut verursacht wird, die mit geringer Präzision hergestellt wird), die Welle 2 wird außermittig versetzt, und das Rotationsgehäuse kann "eiern". Wenn das passiert, werden sich die Ringnuten 14 nach außen öffnen, und Öl wird herauslaufen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Dichtungsvorrichtung, mit einer Welle mit einer ringförmigen Nut in einer ihrer äußeren Umfangsflächen, in die hydraulischer Druck eingeleitet wird, und mit Ringnuten mit rechtwinkligem Querschnitt, die auf jeder Seite der ringförmigen Nut vorgesehen sind, wobei jede Ringnut Seitenwandflächen aufweist und mit der ringförmigen Nut in Verbindung steht,
mit einem rotierenden Gehäuse mit einer inneren Umfangsfläche und einer Arbeitskammer, die mit der ringförmigen Nut in Verbindung steht, und
mit Dichtungsringen, die in jeder Ringnut angeordnet sind, wobei jeder Dichtungsring eine innere Umfangsfläche, eine äußere Umfangsfläche und Seitenflächen hat,
wobei hydraulischer Druck auf die innere Umfangsfläche und auf beide Seitenflächen aufgebracht wird, so daß die äußere Umfangsfläche in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsfläche des rotierenden Gehäuses kommt, und eine der Seitenflächen in Gleitkontakt mit einer Seitenwandfläche der Ringnut kommt, und dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen abgeschrägt sind, so daß die Breite jedes Dichtungsrings an der inneren Umfangsfläche kleiner ist als die Breite jedes Dichtungsrings an seiner äußeren Umfangsfläche, wobei die äußere Umfangsfläche jedes Dichtungsrings im Querschnitt bogenförmig ist.
Der Dichtungsring ist vorzugsweise aus einem synthetischen Harz gefertigt und hat einen Neigungswinkel der abgeschrägten Seitenflächen im Bereich von 2º bis 10º, vorzugsweise 3º bis 8º im Hinblick auf das Schleppen des Drehmoments und die Menge der Ölleckage. Der Radius des Bogens der bogenförmigen Oberfläche des Dichtungsrings liegt im Bereich von 2 bis 5 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 40 mm.
Im Betrieb bewirkt der Hydraulikdruck, der auf eine Seitenfläche des Dichtungsrings wirkt, daß die andere Seitenfläche des Dichtungsrings in Gleitkontakt mit der Seitenwandfläche der Ringnut kommt. Als Ergebnis wird ein Drehmomentverlust auf Grund des Gleitkontakts reduziert. Eine der abgeschrägten Oberflächen des Dichtungsrings steht mit der Kante der Seitenwandoberfläche der Ringnut immer in Kontakt, so daß keine Ölleckage auftritt, wie sie den aus dem Stand der Technik bekannten Fällen zuzumessen ist.
Die Dichtungsvorrichtung, die diesen Dichtungsring einsetzt, ist so gestaltet, daß der Hydraulikdruck innerhalb der Arbeitskammer in dem Gehäuse nicht auf Grund von Ölleckage abfällt. Als Folge hiervon wird der Kolben innerhalb des Gehäuses im erforderlichen Umfang hin und herbewegt, so daß die Bremse und die Kupplung korrekt betrieben werden können.
Die bogenförmige äußere Umfangsfläche des Dichtungsrings steht mit der inneren Umfangsfläche des Gehäuses immer in Kontakt, sogar wenn zwischen der Achse der Welle und der Achse der Abtriebswelle eine Verschiebung auftritt. Das Ergebnis ist eine hervorragende Dichtungsfähigkeit.
Betreffend seine äußere Form gleicht der Dichtungsring der vorliegenden Erfindung dem Schlußring eines Verbrennungsmotors (beispielsweise dem in der US-A-37 27 927 dargestellten Verbrennungsmotor). Der Schlußring hat eine faßförmige äußere Umfangsfläche. Der Schlußring eines Verbrennungsmotors unterliegt einer Hin- und -Herbewegung in axialer Richtung zusammen mit dem Kolben sowie einer Ausdehnungs- und Kontraktionsbewegung in Durchmesserrichtung innerhalb der Ringnut. Um Restöl zwischen der Seitenfläche des Schlußrings und der Wandfläche der Ringnut zu dem Zeitpunkt der Expansions- und Kontraktionsbewegung herauszuzwingen, ist der verwendete Schlußring so gestaltet, daß die Seitenfläche des Kolbenrings als abgeschrägte Seitenfläche gestaltet ist. Dementsprechend ist es, wenn man den Schrägungswinkel der abgeschrägten Seitenflächen des Schlußrings betrachtet, erforderlich, daß die Wandflächen der Ringnut mit einem Schrägungswinkel (dem Winkel bei dem die Wandoberflächen der Ringnut zu dem Boden der Nut schräg verlaufen) versehen werden, der dafür geeignet ist, den Ölrest herauszuschieben.
Anders als der Schlußring für einen Verbrennungsmotor ist der Dichtungsring der vorliegenden Erfindung so gestaltet, daß der erforderliche Spalt zum Einleiten von Hydrauliköl in den Raum zwischen dem Dichtungsring und den Seitenflächen der Ringnut zu jederzeit sichergestellt ist (auch wenn die Seitenflächen der Ringnut mit einer maximalen Toleranz hergestellt wurden, wenn zum Beispiel die abgeschrägten Seitenflächen einen Winkel mit einer Neigung im Bereich von 0,5 bis 1,0º haben). Da dieser Spalt beim Ausschieben des Restöls vollkommen wirkungslos ist, unterscheiden sich die Konstruktion und der Betrieb der Öldichtung gemäß der Erfindung von der Konstruktion und dem Betrieb des Schlußrings für einen Verbrennungsmotor.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen durch alle Figuren hindurch gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Dichtungsrings gemäß der vorliegenden Erfindung sowie einen Abschnitt in dem der Ring montiert ist, darstellt.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Hydraulikdruck und dem Schleppdrehmoment in einem Test des Schleppdrehmoments zeigt.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das die Ölleckage in einem Dauertest darstellt.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Neigungswinkel der abgeschrägten Fläche eines Dichtungsrings, dem Schleppmoment und der Menge der Ölleckage darstellt.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Dichtungsvorrichtung zeigt, in der der oben erwähnte Dichtungsring eingesetzt werden soll.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht mit einem Dichtungsring gemäß dem Stand der Technik.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die Dichtungsringe 20 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Dichtungsvorrichtung, die die Dichtungsringe 20 einsetzt, hat eine Konstruktion, die mit der identisch ist, die in Fig. 5 gezeigt ist, und deshalb werden in Fig. 1 nur diejenigen Abschnitte gezeigt, die in Kontakt mit den Dichtungsringen 20 kommen. Andere Abschnitte werden nicht gezeigt.
Die Welle 2 und das Gehäuse 6 sind aus Stahl (JISS45C), und die Dichtungsringe 20 sind aus einem synthetischen Material hergestellt, das eine hohe Hitzebeständigkeit hat, wie zum Beispiel Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyimid, oder Guß eisen.
Jeder Dichtungsring 20 hat abgeschrägte Flächen 21a, 21b auf seinen beiden Seitenflächen, so daß die Breite des Rings auf der inneren Umfangsseite des Rings verringert ist. Der Neigungswinkel der abgeschrägten Flächen ist auf 2 bis 10º Grad, vorzugsweise 5º eingestellt. Wenn der Neigungswinkel kleiner als 2º ist, kann in den Raum zwischen der abgeschrägten Fläche 21a und der Seitenwand 41 der Ringnut 4 kein Hydraulikdruck eingeleitet werden, wobei die axial gerichtete Kraft von der abgeschrägten Fläche 21b stärker wird und ein Drehmomentverlust zwischen der Seitenwandfläche der Ringnut 4 und der abgeschrägten Fläche 21a vergrößert ist. Dies ist nicht erwünscht. Wenn der Neigungswinkel größer als 10º ist, wird die Breite jedes Dichtungsrings 20 auf seiner inneren Umfangsseite zu klein, wodurch die Gleitkontaktkraft auf der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 6 sinkt und betreffend die Dichtungsqualität Probleme entstehen.
Die äußere Umfangsfläche jedes Dichtungsrings 20 definiert eine bogenförmige Fläche 22 mit einem Kurvenradius von 2 bis 20 mm, vorzugsweise 20 mm. Die bogenförmige Fläche 22 wirkt dahingehend, daß die Fläche 22 jederzeit in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 6 gebracht wird, sogar wenn das Gehäuse 6 oder die Welle eiern.
Ein Hydraulikdruck, der in den Raum zwischen einer abgeschrägten Fläche 21a dem Dichtungsring 20 und der Seitenwandfläche 41 der Ringnut 4 eingeleitet ist, widersteht dem Hydraulikdruck, der auf die andere abgeschrägte Fläche 21b des Dichtungsrings 20 wirkt, wodurch das Verlustmoment zwischen der abgeschrägte Fläche 21a und der Seitenwandfläche 41 der Ringnut 4 reduziert wird und eine gute Dichtung sichergestellt ist.
Das Ergebnis von Tests der Dichtungsringe 20 nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun beschrieben. In dem Test wurden Dichtungsringe 20 aus synthetischem Harz und aus Gußeisen hergestellt. Die Dichtungsringe aus synthetischem Harz wurden durch Zugabe von Kohlefaser zu Polyetheretherketon (PEEK) erhalten. Die Dichtungsringe hatten einen äußeren Durchmesser von 52 mm, eine Breite von 2,3 mm und eine Dicke von 2,3 mm. Der Bogenradius der bogenförmigen Fläche 22 betrug 20 mm, und der Neigungswinkel der abgeschrägten Flächen 21a, 21b betrug 5º. Der konventionelle Dichtungsring 5, dessen Gestalt in Fig. 6 im Schnitt gezeigt ist, wurde auch aus einem Material und in den Grundmaßen hergestellt, die mit denen des Ausführungsbeispiels der Erfindung identisch sind. Beide, der konventionelle Dichtungsring 5 und der Dichtungsring 20 dieses Ausführungsbeispiels wurden in der Vorrichtung von Fig. 5 installiert und in Bezug auf Schleppmoment und Dauerfestigkeit getestet.
Die Ergebnisse des Tests des Schleppmoments sind in Fig. 2 gezeigt, in dem die Bedingungen waren: Eine Drehgeschwindigkeit von 2000 Umdrehungen pro Minute für das Gehäuse 6, ein Hydraulikdruck von 0,4 bis 1,2 MPa und eine Öltemperatur von 80ºC waren. Fig. 2 zeigt, daß der Dichtungsring dieses Ausführungsbeispiels ein Schleppmoment erreicht, das 30% niedriger ist als das aus dem Stand der Technik bekannte Schleppmoment. Dies bedeutet ein geringeres Verlustmoment, so daß die Treibstoffeffizienz der Vorrichtung 1 verbessert werden kann.
Fig. 3 zeigt die Menge der Ölleckage bei der vorliegenden Erfindung und beim Stand der Technik. Dies sind die Ergebnisse eines Dauertests, bei dem die Bedingungen waren: Drehgeschwindigkeit von 7000 Umdrehungen pro Minute für das Gehäuse 6, ein Hydraulikdruck von 1,2 MPa und eine Öltemperatur von 120ºC. Fig. 3 zeigt, daß während die Menge der Ölleckage beim Stand der Technik nach 40 Stunden stark ansteigt, die Menge der Ölleckage bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung niedrig ist und sogar über die Zeit konstant ist.
Fig. 4 zeigt, wie sich Schleppmoment und Ölleckage zum Neigungswinkel der abgeschrägten Flächen 21a, 21b des Dichtungsrings 20 verhalten. Aus Fig. 4 läßt sich entnehmen, daß die Menge der Ölleckage bei einem Neigungswinkel über 10º zunimmt und daß ein Schleppmoment bei einer Neigung von weniger als 2º zunimmt.
Obwohl diese Ergebnisse nicht im einzelnen gezeigt sind, hat sich herausgestellt, daß der Umfang des Verschleißes des Gehäuses 6 gemäß der Erfindung sich nicht vom Verschleiß gemäß dem Stand der Technik unterscheidet, wenn der Bogenradius der bogenförmigen Fläche 22 größer als 50 mm ausgebildet wird. Wenn der Bogenradius der bogenförmigen Fläche 22 geringer als 2 mm ausgebildet wird, steigt der Oberflächendruck, und der Verschleiß beschleunigt sich stark.
Somit führt, mit dem Dichtungsring der vorliegenden Erfindung, die Kombination der bogenförmigen Oberfläche auf der äußeren Umfangsseite des Dichtungsrings und der abgeschrägten Seitenflächen des Dichtungsrings zu einer Balance zwischen dem Hydraulikdruck, der auf die Seitenflächen wirkt und dem Hydraulikdruck, der auf die innere Umfangsfläche wirkt, wodurch das Schleppmoment reduziert und Ölleckage minimiert wird. Die Dichtungsvorrichtung, die diesen Dichtungsring einsetzt, zeigt hervorragende Dauerfestigkeit und erlaubt es, zu allen Zeiten einen konstanten Kolbenstoß zu erreichen.

Claims

1. Dichtungsvorrichtung mit

einer Welle (2) mit einer ringförmigen Nut (7) in einer ihrer äußeren Umfangsflächen, in die hydraulischer Druck eingeleitet wird, und mit Ringnuten (4) mit rechtwinkligem Querschnitt, die auf jeder Seite der ringförmigen Nut (7) vorgesehen sind, wobei jede Ringnut (4) Seitenwandflächen (41) aufweist und mit der Ringnut (7) in Verbindung steht,

mit einem rotierenden Gehäuse (6) mit einer inneren Umfangsfläche und einer Arbeitskammer (9), die mit der ringförmigen Nut (7) in Verbindung steht, und

mit Dichtungsringen (20), die in jeder Ringnut (4) angeordnet sind, wobei jeder Dichtungsring (20) eine innere Umfangsfläche, eine äußere Umfangsfläche (22) und Seitenflächen (21a, 21b) hat,

wobei hydraulischer Druck auf die innere Umfangsfläche und auf beide Seitenflächen (21a, 21b) aufgebracht wird, so daß die äußere Umfangsfläche (22) in Gleitkontakt mit der inneren Umfangsfläche des rotierenden Gehäuses (6) kommt, und eine der Seitenflächen (21a) in Gleitkontakt mit einer Seitenwandfläche (41) der Ringnut (4) kommt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (21a, 21b) abgeschrägt sind, so daß die Breite jedes Dichtungsrings (20) an der inneren Umfangsfläche kleiner ist als die Breite jedes Dichtungsrings (20) an seiner äußeren Umfangsfläche (22), wobei die äußere Umfangsfläche (22) jedes Dichtungsrings (20) im Querschnitt bogenförmig ist.

2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Neigungswinkel der abgeschrägten Seitenflächen (21a, 21b) im Bereich von 2º bis 20º liegt.

3. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Neigungswinkel der abgeschrägten Seitenflächen (21a, 21b) im Bereich von 3º bis 8º liegt.

4. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kurvenradius des bogenförmigen Querschnitts der äußeren Umfangsfläche (22) im Bereich von 2 mm bis 50 mm liegt.

5. Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Kurvenradius des kurvenförmigen Querschnitts der äußeren Umfangsfläche (22) im Bereich von 20 mm bis 40 mm liegt.

6. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Dichtungsring (4) aus synthetischem Harz hergestellt ist.