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Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring für ein Kupplungsausrücksystem mit einem ringförmigen hydraulischen Arbeitszylinder für die Kupplungsbetätigung. Bei dem Arbeitszylinder handelt es sich vorzugsweise um den Nehmerzylinder des Kupplungsausrücksystems.
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Kupplungsausrücksysteme mit ringförmig angeordneten hydraulischen Nehmerzylindern sind bekannt. Diese Art Kupplungsausrücker werden auch als „Concentric-Slave-Cylinder“(CSC) bezeichnet. Der Nehmerzylinder umfasst dabei einen Ringkolben, bei dem es sich üblicherweise um ein Spritzgussbauteil handelt.
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Diese Art der Kupplungsausrücker setzt eine ringförmige Abdichtung des hydraulischen Nehmerzylinders voraus, die durch einen Dichtungsring aus einem elastischen Werkstoff realisiert wird. Hierbei kommen bekannterweise vulkanisierte Profilringe mit verschiedenen Kautschukrezepturen zur Anwendung. Häufig wird dabei ein synthetischer Kautschuk aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer(EPDM) aufgrund seiner Werkstoffeigenschaften bevorzugt. An den Dichtungsring ist materialeinheitlich ein Halteelement zur Verbindung mit dem Kolben des Nehmerzylinders angeformt.
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Ein solcher Dichtungsring aus EPDM erfährt während des Gebrauchs große Volumenverluste. Zudem treten sehr hohe Reibkräfte auf. Da sie verschleißanfällig sind, erfordern EPDM-Dichtungsringe an den Laufflächen sehr gute bzw. glatte Oberflächen. Ferner sind Dichtungsringe aus EPDM temperaturanfällig und relativ teuer.
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Da die bekannten EPDM-Dichtungsringe beim Einbau eingefettet werden müssen, entsteht ein zusätzlicher Arbeitsaufwand beim Montageprozess. Außerdem wird die Fettschicht während des Betriebes verbraucht, sodass spätestens nach deren Verbrauch durch die direkte Reibung an den Zylinderwänden wieder ein erhöhter Verschleiß an den Profilringen auftritt.
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Besonders nachteilig ist dabei auch die sich stetig vergrößernde Leckrate, da die Hydraulikflüssigkeit in das Kupplungsgehäuse übertreten und bei ungünstigen Betriebsverhältnissen die Kupplung verunreinigen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dichtungsring für ein Kupplungsausrücksystem mit einem ringförmigen hydraulischen Arbeitszylinder zu schaffen, der gute Reibeigenschaften besitzt und eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Dichtungsring für ein Kupplungsausrücksystem mit einem ringförmigen hydraulischen Arbeitszylinder, der nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes dieses Anspruches ausgeführt ist.
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Nachgeordnete Patentansprüche betreffen besondere Ausführungsformen, die den erfindungsgemäßen Dichtungsring noch weiter verbessern, ohne jedoch den Schutzbereich der Erfindung zu beschränken.
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In der nachstehenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Patentansprüchen werden die im Folgenden aufgeführten Begriffe mit dem folgenden Sinngehalt verwendet:
„Kupplungsausrücksystem“ umfasst die Gesamtheit aller Bauteile, die zum Aufbau eines solchen Systems, das mit einem hydraulischen Arbeitszylinder betätigt wird, notwendig sind.
„Hydraulischer Arbeitszylinder“ beschreibt hier eine Baueinheit, die mit einem ringförmigen Kolben, ringförmigen Zylinderwänden und einer Bodenwand einen ringförmigen, dichten Zylinderraum umschließt, in dem durch ein strömendes und unter Druck stehendes Medium ein Druck aufgebaut wird, der eine Linearverschiebung des Kolbens bewirkt. Dabei wird innerhalb des Arbeitszylinders ein konzentrischer Durchlass für Teile, beispielsweise eine Welle, eines Antriebsstranges gebildet. Bevorzugt handelt es sich bei dem Arbeitszylinder um einen Nehmerzylinder.
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„Dichtungsring“ beschreibt ein Einzelbauteil, das den konzentrisch angeordneten Zylinderraum gegen die Umgebung dicht verschließt, in diesem linear bewegbar ist und eine feste Verbindung zu dem ringförmigen Kolben des hydraulischen Arbeitszylinders hat.
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Erfindungsgemäß besteht der vorliegende Dichtungsring aus einem Elastomer-Material, das thermoplastisch verarbeitbar ist. Vorteilhaferweise ist der vorliegende Dichtungsring durch ein Spritzgussverfahren herstellbar.
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Der erfindungsgemäße Dichtungsring kann also aus einem Werkstoff mit bereits vor der Herstellung bekannten Eigenschaften erzeugt werden. Es muss nicht mehr das Ergebnis einer Vernetzungsreaktion abgewartet werden und die mit einer solchen einhergehenden Unwägbarkeiten bleiben ausgeschlossen. Mithin kann der erfindungsgemäße Dichtungsring mit einer gewünschten Außenform, einer hoher Maßgenauigkeit, einem in engen Wertebereichen gehaltenem Elastizitätsmodul und mit geringen, vorauszuberechnenden Schrumpfungswerten hergestellt werden.
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Mithin besteht ein wesentlicher erfinderischer Schritt in dem Übergang vom Vernetzen (Vulkanisieren) zur thermischen Verarbeitung eines Elastomer-Materials.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Dichtungsrings entsteht, wenn als Elastomer ein thermoplastisch verarbeitbares Polyurethan (TPU) verwendet wird. Durch Auswahl eines geeigneten Ausgangswerkstoffes kann der Dichtungsring in seiner Formstabilität, seiner Temperaturbeständigkeit, seiner Verschleißfestigkeit den Einsatzbedingungen entsprechend angepasst werden.
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Bevorzugt wird ein Dichtungsring mit einem Y-förmigen Profilquerschnitt, bei dem der der äußeren Zylinderwand des Arbeitszylinders zugewandte Schenkel kürzer bzw. kleiner ist als der der inneren Zylinderwand zugewandte Schenkel. Unter Berücksichtigung, dass sich die Flächenpressung unter Einwirkung eines hydraulischen Mediums erhöht, wird der der inneren Zylinderwand zugewandte Schenkel stärker an die Zylinderwand angepresst.
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Eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Dichtungsrings sieht vor, dessen Außenkontur so zu profilieren, dass im Dichtbereich sowohl an der Innenseite, als auch an der Außenseite umlaufende Dichtlippen entstehen. Dies hat den Vorteil, dass die Berührungsflächen betragsmäßig kleiner sind und gleichzeitig die Flächenpressung im Bereich der an den Zylinderwänden anliegenden Dichtlippen größer ist, mithin also die Dichtwirkung verstärkt wird. Da anderseits die Berührungsflächen abnehmen, werden im drucklosen Zustand Reibungskräfte reduziert.
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Eine weitere Verbesserung ist dadurch zu erreichen, dass das Profil an den Außenseiten der Dichtlippen sägezahnförmig ausgeführt ist und die dadurch entstehenden Spitzen in Richtung zum Zylinderinneren ausgerichtet sind.
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Besonders vorteilhaft sind die erfindungsgemäßen Dichtungsringe, da der vorgeschlagene Werkstoff ein gegenüber bisher eingesetzten EPDM-Werkstoffen besseres Langzeitverhalten hat. Mithin können gegebenenfalls Wartungsintervalle verlängert werden.
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Besonders vorteilhaft ist die Wahl eines Polyurethan-Materials, das zusätzlich zum Grundwerkstoff in der Grundmasse den Reibwert mindernde Zusätze, wie Öle, Fette, Graphit oder andere Festkörper-Schmierstoffe enthält. Dadurch lässt sich einerseits das Einfetten des Dichtungsrings im Montageprozess vermeiden, andererseits sind über einen längeren Zeitraum gleichbleibende Reibungsverhältnisse sichergestellt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung eines Kupplungsausrücksystems mit einem erfindungsgemäßen, ringförmig ausgebildeten hydraulischen Arbeitszylinder und
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2 eine bevorzugte Profilform für den erfindungsgemäßen Dichtungsring.
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Ein Kupplungsausrücksystem 1 umfasst einen ringförmig ausgebildeten hydraulischen Arbeitszylinder, dessen Zylinderraum 6 vorzugsweise durch eine äußere Zylinderwand 2, eine innere, konzentrisch dazu angeordnete, innere Zylinderwand 3 und eine an diese angeformte Bodenwand 4 gebildet wird. Dabei steht die Bodenwand 4 vorzugsweise über eine ringförmige Dichtung 5 dicht mit der äußeren Zylinderwand 2 in Verbindung. Die Zylinderwand 2 kann ein Teil des Gehäuses des Kupplungsausrücksystems 1 sein. Ein ringförmiger Kolben 7 ist an seiner der Bodenwand 4 zugewandten Seite mit dem vorliegenden Dichtungsring 8 über ein Halteelement 9 fest verbunden. Eine konzentrisch in der inneren Zylinderwand 3 gebildete Ausnehmung 10 dient der Aufnahme von Teilen des Antriebsstranges, wobei diese Teile nicht erfindungswesentlich und deshalb in 1 nicht dargestellt sind. Es ist auch denkbar, den Zylinderraum 6 durch andere Elemente zu bilden.
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Der erfindungsgemäße Dichtungsring 8 besitzt einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt, wobei an seiner dem Zylinderraum 6 abgewandten Seite 11 eine Rippe 12 materialeinheitlich angeordnet ist, durch die gemäß 1 eine formschlüssige Verbindung mit dem Halteelement 9 hergestellt werden kann. Zylinderseitig besitzt der Dichtungsring 8 ein Y-förmiges Profil mit einem außen liegenden Schenkel 13 und einem innen liegenden, verlängerten Schenkel 14. Die Außenkontur 15 des Dichtungsrings 8 ist profiliert, wobei am äußeren Schenkel 13 vorzugsweise sägezahnförmige Dichtlippen 16, 17 und 18 und am innen liegenden Schenkel 14 vorzugsweise ebenfalls sägezahnförmige Dichtlippen 19, 20 und 21 angeordnet sind. Diese sägezahnförmigen Dichtlippen verringern im Bereich der Dichtflächen die vorhandene Kontaktfläche und sorgen dabei für geringere Reibungskräfte. Die Sägezahnform der Dichtlippen 16, 17, 18, 19, 20 und 21 bewirkt des weiteren, dass diese Dichtlippen sich beim Einfahren des Kolbens 7 in den Zylinderraum 6 aufrichten und Anhaftungen des im Zylinderraum 6 enthaltenen hydraulischen Mediums an den Zylinderwänden 2, 3 gewissermaßen von diesen abschaben. Insoweit sind durch diese Profilform eine niedrige Leckrate und ebenso niedrige Reibungskräfte zu erzielen.
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Der vorliegende Dichtungsring 8 besteht aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Elastomer (TPE)-Material.
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Besonders bevorzugt ist der Einsatz eines thermoplastisch verarbeitbaren Polyurethans (TPU). Dieses Material besitzt hervorragende Reibeigenschaften und ist wenig verschleißanfällig. TPU kann wie ein Thermoplast einfach und kostengünstig verarbeitet werden. Er ist steifer als ein EPDM-Werkstoff, wodurch die Volumenaufnahme verringert wird und höhere Drücke möglich sind. Besonders vorteilhaft ist es, dass das TPU-Material Schmierstoffe beinhalten kann, weshalb eine Befettung nicht erforderlich ist.
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Durch die erfindungsgemäße Werkstoffwahl wird auch sichergestellt, dass das beim bisher verwendeten Werkstoff EPDM vorhandene deutliche Nachlassen der Kennwerte nicht mehr auftritt und die Langzeitstabilität deutlich verbessert ist.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Dichtungsrings 8 besteht darin, dass bereits bei der Herstellung desselben in den Werkstoff den Reibwert vermindernde Zusätze, wie Öl, Fett oder feste Schmierstoffe eingearbeitet werden, die der Grundwerkstoff während der Lebensdauer des Dichtungsrings 8 sukzessive freisetzt. Bei dieser Ausführungsform des Dichtungsrings 8 kann bei der Montage auf ein Einfetten verzichtet werden, wodurch erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen erreichbar sind.
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Die Erfindung hat also den Vorteil, dass durch den Ersatz der bekannten Dichtringe aus EPDM durch Dichtungsringe aus TPE, insbesondere TPU, und durch eine angepasste Profilgestaltung der Dichtungsringe verbesserte Reibungsverhältnisse bei geringer Leckrate und hoher Standzeit der Dichtungsringe erreicht werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsausrücksystem
- 2
- äußere Zylinderwand
- 3
- innere Zylinderwand
- 4
- Bodenwand
- 5
- Dichtung
- 6
- Zylinderraum
- 7
- Kolben
- 8
- Dichtungsring
- 9
- Halteelement
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Seite
- 12
- Rippe
- 13
- Schenkel
- 14
- Schenkel
- 15
- Außenkontur
- 16
- Dichtlippe
- 17
- Dichtlippe
- 18
- Dichtlippe
- 19
- Dichtlippe
- 20
- Dichtlippe
- 21
- Dichtlippe
