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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung von zwei in axialer Richtung benachbart zueinander angeordneten und gegeneinander abzudichtenden Räumen, umfassend ein erstes Maschinenelement, ein zweites Maschinenelement und einen Dichtring, wobei das erste Maschinenelement vom zweiten Maschinenelement mit radialen Abstand umschlossen ist und wobei in dem durch den radialen Abstand gebildeten Spalt der Dichtring angeordnet ist, wobei der Dichtring zumindest eine dynamisch beanspruchte erste Dichtlippe aufweist, die eine abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements dichtend umschließt, wobei der Dichtring in einem Einbauraum des zweiten Maschinenelements angeordnet ist und wobei der Dichtring eine erste und eine zweite Stirnseite aufweist, von denen die erste Stirnseite dem abzudichtenden ersten Raum und die zweite Stirnseite dem abzudichtenden zweiten Raum axial zugewandt ist, wobei der erste Raum, bezogen auf den zweiten Raum, mit einem relativen Überdruck beaufschlagbar ist, wobei die zweite Stirnseite als erste Kontaktfläche des Dichtrings ausgebildet ist, wobei das zweite Maschinenelement auf der der ersten Kontaktfläche axial zugewandten Seite eine zweite Kontaktfläche aufweist.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Dichtungsanordnung.
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Stand der Technik
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Eine solche Dichtungsanordnung und eine Verwendung sind aus der
DE 10 2016 013 638 B4 bekannt. Die vorbekannte Dichtungsanordnung und der in der Dichtungsanordnung angeordnete Dichtring haben eine sehr einfache geometrische Gestalt. Die abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements wird von dem Dichtring mit einer variablen radialen Anpresskraft dichtend umschlossen, abhängig von der Höhe des relativen Überdrucks im ersten Raum.
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Während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsanordnung kann es jedoch passieren, dass, abhängig von den Druckdifferenzen, die auf den Dichtring wirken, der Dichtring in die Dichtspalte der Dichtungsanordnung extrudiert und dabei mechanisch überbeansprucht oder beschädigt wird. Außerdem besteht dann, wenn die Dichtungsanordnung in einem stark verunreinigten Umfeld eingesetzt wird, die Gefahr, dass Verunreinigungen aus der Umgebung in Richtung des Dichtrings gelangen. Bei Beauftragung der Dichtlippe mit Verunreinigungen kann diese vorzeitig verschleißen oder beschädigt werden.
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Eine weitere Dichtungsanordnung ist aus der
DE 197 28 605 A1 bekannt. Die vorbekannte Dichtungsanordnung umfasst eine Stangen- oder Kolbendichtung, die im Wesentlichen C-förmig und axial in Richtung des ersten abzudichtenden Raums offen ausgebildet ist. Abhängig vom relativen Überdruck im ersten Raum - bezogen auf den zweiten Raum - werden die Dichtlippen des Dichtrings in radialer Richtung mehr oder weniger stark aufgespreizt und legen sich mit entsprechender Vorspannung an die abzudichtenden Flächen der gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente an.
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Beide Dichtlippen sind dynamisch beansprucht. Eine Dichtlippe stützt sich an der Begrenzungswandung des Einbauraums des zweiten Maschinenelements dichtend ab, die andere dynamisch beanspruchte Dichtlippe demgegenüber auf der abzudichtenden Oberfläche des ersten Maschinenelements, das bezogen auf das zweite Maschinenelement in axialer Richtung translatorisch hin und her bewegbar ist.
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Die einander zugewandten Kontaktflächen von Dichtring und Einbauraum erstrecken sich jeweils in radialer Richtung. Die radiale Anpressung der Dichtlippen an die jeweils abzudichtenden Oberflächen ist ausschließlich von der überdruckbedingten Aufspreizung der Dichtlippen abhängig. Im Bereich der Kontaktfläche des Dichtrings ist ein radial in Richtung des ersten Maschinenelements vorgewölbter Stützwulst angeordnet, der mit der axial gegenüberliegend angeordneten Dichtlippe durch einen bogenförmigen Abschnitt verbunden ist. Der bogenförmige Abschnitt umfasst zumindest zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende, axial zueinander benachbarte Nuten, wobei zwischen den Nuten Stege angeordnet sind, die zusammen mit den Nuten Schmiermitteltaschen begrenzen.
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Aus der
DE 41 04 070 A1 ist eine Bremszylinderdichtung mit Ausnehmung bekannt, die eine Rollback-Funktion hat. Die Bremszylinderdichtung ist zur Abdichtung eines Bremskolbens in einer Scheibenbremse vorgesehen, wobei ein Dichtring zwischen dem Bremsengehäuse und dem Außendurchmesser des Bremskolbens angeordnet ist. Die Rollback-Funktion holt den Bremskolben zwischen der Bremsscheibe und den Bremsklötzen nach Betätigung der Bremse zurück, um ein vorgegebenes Lüftspiel zwischen der Bremsscheibe und den Bremsklötzen einzustellen. Der Dichtring hat eine rechteckförmige Querschnittsfläche und sitzt in einer Dichtnut des Gehäusesattels. Der Dichtring hat sogenannte Entspannungsausnehmungen, die einen einstellbaren Raum schaffen, in den der Dichtring hinein verformt werden kann. Das Rückholen des Bremskolbens erfolgt ohne zusätzliche Mittel allein durch die Verformungscharakteristik des Dichtrings selbst. Das zuvor genannte Lüftspiel schwankt um ± 0,006 mm um einen nominalen Wert, der 0,18 mm beträgt. Wirkt ein niedriger hydraulischer Druck auf den Dichtring, werden die unteren Enden des Dichtrings in Richtung des Drucks elastisch verformt. Bei hohem hydraulischen Druck dient die elastische Verformung der unteren Enden des Dichtrings nach dem Abschalten des Bremsdrucks dazu, den Kolben entgegen der Richtung der elastischen Verformung um einen bestimmten Betrag zurück zu holen, der dem Lüftspiel der Bremsklötze auf der Bremsscheibe entspricht. Die niederdruckseitige Stirnseite des Dichtrings erstreckt sich herstellungsbedingt in radialer Richtung, entsprechend der Begrenzungswandung der Einbaunut.
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Eine weitere Dichtungsanordnung ist aus der
US 3,218,087 bekannt. Die Dichtungsanordnung umfasst einen statisch beanspruchten Dichtring, der als Standard-O-Ring ausgebildet ist und als Anpresselement für einen dynamisch beanspruchten Dichtring dient, der aus einem polymeren Werkstoff besteht. Der statisch beanspruchte Dichtring und der dynamisch beanspruchte Dichtring sind durch ein in axialer Richtung wirksames Vorspannelement in ihrem Einbauraum verpresst, wobei das Vorspannelement einen Bestandteil eines Gehäuses bildet. Die Kräfte, die auf die Dichtringe wirken, sind im Wesentlichen stets konstant, wobei der statisch beanspruchte Dichtring radial innenseitig vom dynamisch beanspruchten Dichtring in Form eines Back-Rings untergriffen ist, um eine Spaltextrusion und damit eine Beschädigung des statisch beanspruchten Dichtrings während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsanordnung zu vermeiden.
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Aus der
DE 38 28 692 A1 ist eine weitere Dichtungsanordnung bekannt, zum Abdichten einer hin- und herbewegten Stange. Die Dichtungsanordnung umfasst einen Dichtring mit einer dynamisch beanspruchten Dichtkante, wobei die Aufgabe der vorbekannten Dichtungsanordnung darin besteht, dass die Anpresskraft der Dichtkante an die Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements möglichst unabhängig vom Druck des abzudichtenden Mediums sein soll. Die Dichtungsanordnung umfasst einen als O-Ring ausgebildeten Anpressring, der einen aus einem polymeren Werkstoff bestehenden Dichtring mit seiner Dichtkante an die abzudichtende Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements anpresst. Auf der dem abzudichtenden Raum axial zugewandten Seite weist der Dichtring eine radial innere Kegelfläche und eine radial äußere Kegelfläche auf, wobei die radial innere Kegelfläche radial innenseitig die Dichtkante begrenzt und die radial äußere Kegelfläche radial außenseitig eine gedachte Radialebene berührt, die sich in radialer Richtung durch die Dichtkante hindurch erstreckt. Die beiden genannten Kegelflächen haben also etwa die gleiche axiale Länge. Dadurch heben sich die auf beide Kegelflächen ausgeübten Kräfte gegenseitig auf.
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Aus der
DE 101 02 161 A1 ist eine weitere Dichtungsanordnung bekannt, die einen Dichtring umfasst. Der Dichtring ist zwischen einer radial nach innen weisenden äußeren Begrenzungsfläche eines ringförmigen Dichtungsspalts und einer radial nach außen weisenden inneren Begrenzungsfläche des Dichtungsspalts angeordnet. Der zur Anwendung gelangende Dichtring umfasst eine Dichtungsfläche, die gegen eine der Begrenzungsflächen des Dichtungsspalts dicht anliegt, und eine Druckfläche, die auf der der Dichtungsfläche radial gegenüberliegenden Seite des Dichtrings mit der anderen der Begrenzungsflächen des Dichtungsspalts einen im Querschnitt keilförmigen Zwischenraum bildet. Außerdem umfasst die Dichtungsanordnung einen Druckring, der vom abzudichtenden Druck zumindest zeitweise in den Zwischenraum gegen die andere der Begrenzungsflächen des Dichtungsspalts und die Druckfläche vorgespannt ist, zum Andrücken der Dichtungsfläche gegen die eine Begrenzungsfläche des Dichtungsspalts.
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Eine weitere Dichtungsanordnung ist aus der
DE 10 2016 208 697 A1 bekannt. Es handelt sich um eine Rotationsdichtungsanordnung mit druckaktivierbarer Rotationsdichtung. Die vorbekannte Dichtungsanordnung wird verwendet, um einen Hochdruckbereich gegenüber einem Niederdruckbereich der Rotationsdichtungsanordnung abzudichten. Die Rotationsdichtung umfasst eine Montagehülse aus einem gummielastischen Werkstoff und zumindest ein druckaktivierbares Rotationsdichtungselement mit einer Dichtkante. Bei Überschreitung eines vorgegebenen Differenzdrucks zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich legt sich die Dichtkante des Rotationsdichtungselements unter Verdrängung eines an der gummielastischen Montagehülse federnd gelagerten Stützkörpers an eine Dichtfläche eines abzudichtenden Maschinenteils dichtend an.
Bei einem Unterschreiten des vorgegebenen Differenzdrucks wird eine Rückbewegung des Stützkörpers axial in Richtung des Hochdruckbereichs bewirkt, so dass die Dichtkante des Rotationsdichtungselements in ihre Ruheposition zurückbewegt wird. In der Ruheposition liegt das Rotationsdichtungselement an der Dichtfläche ohne Kontaktflächenpressung an oder ist von der Dichtfläche beabstandet.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Dichtring eine einfache Geometrie aufweist, einfach und kostengünstig herstellbar ist und gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweist. Außerdem soll der Dichtring das erste Maschinenelement proportional zum relativen Überdruck im ersten Raum unter elastischer Vorspannung dichtend umschließen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dichtungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung von zwei in axialer Richtung benachbart zueinander angeordneten und gegeneinander abzudichtenden Räumen, umfassend ein erstes Maschinenelement, ein zweites Maschinenelement und einen Dichtring, wobei das erste Maschinenelement vom zweiten Maschinenelement mit radialen Abstand umschlossen ist und wobei in dem durch den radialen Abstand gebildeten Spalt der Dichtring angeordnet ist, wobei der Dichtring zumindest eine dynamisch beanspruchte erste Dichtlippe aufweist, die eine abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements dichtend umschließt, wobei der Dichtring in einem Einbauraum des zweiten Maschinenelements angeordnet ist und wobei der Dichtring eine erste und eine zweite Stirnseite aufweist, von denen die erste Stirnseite dem abzudichtenden ersten Raum und die zweite Stirnseite dem abzudichtenden zweiten Raum axial zugewandt ist, wobei der erste Raum, bezogen auf den zweiten Raum, mit einem relativen Überdruck beaufschlagbar ist, wobei die zweite Stirnseite als erste Kontaktfläche des Dichtrings ausgebildet ist, wobei das zweite Maschinenelement auf der der ersten Kontaktfläche axial zugewandten Seite eine zweite Kontaktfläche aufweist, wobei axial zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche ein Vorschaltring für den Dichtring angeordnet ist, wobei der Dichtring und der Vorschaltring relativ ortsfest miteinander verbunden sind und eine vormontierbare Einheit bilden, wobei der Vorschaltring eine der ersten Kontaktfläche axial zugewandte erste Berührungsfläche und eine der zweiten Kontaktfläche axial zugewandte zweite Berührungsfläche aufweist, wobei sich die erste Kontaktfläche und die erste Berührungsfläche sowie die zweite Kontaktfläche und die zweite Berührungsfläche anliegend berühren, wobei die zweite Berührungsfläche und die zweite Kontaktfläche herstellungsbedingt kongruent zueinander ausgebildet sind, wobei die zweite Kontaktflächen und die zweite Berührungsfläche jeweils als schiefe Ebene derart ausgebildet sind, dass bei gemeinsamer Verlagerung des Dichtrings und des Vorschaltrings axial in Richtung des zweiten Raums gleichzeitig eine Relativbewegung von zweiter Kontaktfläche und zweiter Berührungsfläche aufeinander erfolgt und der Innendurchmesser der zumindest einen Dichtlippe die abzudichtende Oberfläche unter zunehmender radialer Vorspannung dichtend umschließt, wobei die zweite Kontaktfläche und die zweite Berührungsfläche mit einer gedachten Radialebene, die die zweite Kontaktfläche und die zweite Berührungsfläche durchschneidet, jeweils einen Winkel einschließen, der 5° bis 45° beträgt.
Hierbei ist von Vorteil, dass der Dichtring eine sehr einfache geometrische Gestalt aufweist, insbesondere nicht C-förmig ausgebildet ist und die abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements trotzdem mit einer variablen radialen Anpresskraft, abhängig von der Höhe des relativen Überdrucks im ersten Raum, dichtend umschließt.
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Die erste Dichtlippe umschließt die abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements in jedem Betriebszustand dichtend. Also auch dann, wenn zwischen den beiden abzudichtenden Räumen kein Differenzdruck besteht. In einem solchen Fall reicht die elastische Vorspannung in radialer Richtung, mit der die erste Dichtlippe die abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements aufgrund der Überdeckung zum ersten Maschinenelement dichtend umschließt, aus, um die beiden Räume zuverlässig gegeneinander abzudichten.
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Steigt demgegenüber der Druck im ersten Raum, bezogen auf den Druck im zweiten Raum, wird der Dichtring axial in Richtung des zweiten Raums gedrückt. Die erste Kontaktfläche des Dichtrings, die als schiefe Ebene ausgebildet ist, wird an die zweite Kontaktfläche des Einbauraums verstärkt angedrückt, die ebenfalls als schiefe Ebene ausgebildet ist. Durch die Neigung von erster und zweiter Kontaktfläche ergibt sich bei Druckbeaufschlagung des Dichtrings aus dem abzudichtenden ersten Raum eine axiale Verlagerung des Dichtrings axial in Richtung des zweiten Raums und gleichzeitig eine Relativbewegung der beiden Kontaktflächen aufeinander, derart, dass mit steigendem Druck im ersten Raum und einer Bewegung der ersten Kontaktfläche auf der zweiten Kontaktfläche der Innendurchmesser des Dichtrings reduziert und dadurch die Dichtlippe verstärkt an die abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements angedrückt wird.
Die Stärke der radialen Vorspannung, mit der die erste Dichtlippe die abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements dichtend umschließt, korreliert also mit dem relativen Überdruck im abzudichtenden Raum.
Für die meisten Anwendungsfälle hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn die Kontaktflächen mit einer gedachten Radialebene, die die Kontaktflächen durchschneidet, jeweils einen Winkel einschließen, der 5° bis 45° beträgt.
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Um eine Spaltextrusion des Dichtrings in Spalte der Dichtungsanordnung auch dann zu verhindern, wenn innerhalb des ersten Raums ein vergleichsweise hoher Überdruck, bezogen auf den zweiten Raum herrscht und/oder um eine Beaufschlagung des Dichtrings mit Verunreinigungen aus der Umgebung der Dichtungsanordnung zu verhindern, ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Vorschaltring eine Schmutzlippe und einen Backup-Ring umfasst, dass die Schmutzlippe auf der dem Dichtring axial abgewandten Seite des Vorschaltrings angeordnet ist und dass die Schmutzlippe und der Backup-Ring einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind. Die Gefahr von Montagefehlern ist durch den einstückigen Vorschaltring auf ein Minimum reduziert. Trotz des Vorschaltrings hat die Dichtungsanordnung einen einfachen und teilearmen Aufbau, ist einfach und kostengünstig herstellbar und weist ausgezeichnete und gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer auf.
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Die erste Kontaktfläche, die erste Berührungsfläche und die zweite Berührungsfläche können sich jeweils parallel zueinander erstrecken. Der Vorschaltring hat dadurch eine im Wesentlichen konstante Dicke. Dadurch ist er ohne Fehlstellen im Material einfach und prozesssicher herstellbar.
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Der Dichtring und der Vorschaltring sind stoff- und/oder formschlüssig miteinander verbunden. Eine stoffschlüssige Verbindung ergibt sich zum Beispiel dadurch, dass der Dichtring und der Vorschaltring adhäsiv verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich besteht die Möglichkeit, den Dichtring und den Vorschaltring formschlüssig miteinander zu verbinden. Eine formschlüssige Verbindung kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass der Vorschaltring auf der den Dichtlippen radial abgewandten Seite in einen Hinterschnitt des Dichtrings eingeklippst ist.
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Die erste Berührungsfläche überdeckt die erste Kontaktfläche in radialer Richtung vollständig. Hierbei ist von Vorteil, dass die erste Kontaktfläche durch die erste Berührungsfläche vollständig von Dichtspalten in der Dichtungsanordnung abgeschirmt ist. Spaltextrusion auf der Niederdruckseite des Dichtrings wird dadurch ausgeschlossen und eine Beschädigung des Dichtrings auch bei großen Druckdifferenzen verhindert.
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Besonders vorteilhaft sind die Gebrauchseigenschaften, wenn die Winkel 10° bis 30° betragen. Durch die vergleichsweise kleinen Winkel baut die Dichtungsanordnung in axialer Richtung kompakt, und auch bei kleinen Wegen des Dichtrings axial in Richtung des niederdruckseitigen abzudichtenden zweiten Raums kann die radiale Vorspannung der Dichtlippe an der abzudichtenden Oberfläche des ersten Maschinenelements signifikant gesteigert werden.
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Die erste Stirnseite kann in radialer Richtung parallel zur gedachten Radialebene angeordnet sein. Die erste Stirnseite bildet die Fläche, an der der relative Überdruck aus dem ersten abzudichtenden Raum anliegt. Die erste Stirnseite ist kreisringförmig und in radialer Richtung im Wesentlichen glattflächig, ohne sprunghafte Richtungsänderungen, ausgebildet.
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Durch die zuvor beschriebenen Winkel ergibt sich in Verbindung mit der sich in radialer Richtung erstreckenden ersten Stirnseite eine Ausgestaltung, durch die der Dichtring eine in radialer Richtung zur ersten Dichtlippe hin zunehmende Dicke in axialer Richtung aufweist. Dadurch weist die Innenumfangsfläche des Dichtrings eine größere axiale Erstreckung auf, als die Außenumfangsfläche. Hierbei ist von Vorteil, dass die vergleichsweise große Erstreckung des Innenumfangs in axialer Richtung genutzt werden kann, um bedarfsweise zusätzlich zur ersten Dichtlippe weitere Dichtlippen vorzusehen, die der ersten Dichtlippe funktionstechnisch nachgeschaltet sind.
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Der ersten Dichtlippe kann axial auf der den Kontaktflächen zugewandten Seite zumindest eine dynamisch beanspruchte weitere Dichtlippe in einer funktionstechnischen Reihenschaltung axial benachbart zugeordnet sein. Eine solche funktionstechnische Reihenschaltung von Dichtlippen ist von Vorteil, um die Gebrauchseigenschaften der Dichtungsanordnung, insbesondere die Dichtwirkung bei hohen abzudichtenden Drücken, zu verbessern. Trotzdem sollen Reibleistung und Verschleiß der Dichtlippe möglichst minimal sein.
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Die weiteren Dichtlippen können, bezogen auf die erste Dichtlippe, bevorzugt einen größeren Durchmesser aufweisen, je weiter sie den Kontaktflächen in axialer Richtung angenähert sind. Durch eine solche Ausgestaltung ist die zuvor beschriebene Minimierung der Reibleistung und des Verschleißes der Dichtlippen möglich. Mit zunehmendem Druck im ersten Raum werden zusätzlich zur ersten Dichtlippe nacheinander die weiteren Dichtlippen mit dem ersten Maschinenelement dichtend in Berührung gebracht, abhängig von der Höhe des Drucks im ersten Raum.
Besteht zwischen den beiden gegeneinander abzudichtenden Räumen kein Differenzdruck oder nur ein sehr geringer Differenzdruck, zum Beispiel in Höhe von bis zu 5 bar, umschließt nur die erste Dichtlippe die abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements mit vergleichsweise geringer radialer Vorspannung dichtend.
Wird der Differenzdruck demgegenüber größer, legt sich, zum Beispiel bei einem Differenzdruck von etwa 15 bar, die der ersten Dichtlippe axial am nächsten benachbarte weitere Dichtlippe zusätzlich an die abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements dichtend an. Die radiale Vorspannung der ersten Dichtlippe ist dabei größer als die radiale Vorspannung der weiteren Dichtlippe.
Wird der Differenzdruck weiter erhöht, beispielsweise auf 25 bar und mehr, umschließen alle Dichtlippen die abzudichtende Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements mit radialer Vorspannung dichtend, wobei auch in diesem Fall die radiale Vorspannung, mit der die erste Dichtlippe die abzudichtende Oberfläche des abzudichtenden ersten Maschinenelements dichtend umschließt am größten ist und die radiale Vorspannung der axial angrenzenden Dichtlippen mit zunehmendem axialen Abstand von der ersten Dichtlippe abnimmt.
Dadurch ist die Geometrie des Dichtrings ausgezeichnet an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles, insbesondere an die Höhe der abzudichtenden Drücke angepasst, wobei Reibleistung und Verschleiß dadurch minimiert und die Standzeiten des Dichtrings maximiert sind.
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Der Dichtring kann bevorzugt einstückig ausgebildet sein. Ein solcher Dichtring ist einfach und kostengünstig herstellbar. Auch die Montage des einstückigen Dichtrings ist denkbar einfach und die Gefahr von Montagefehlern ist auf ein Minimum begrenzt. Im Hinblick auf mehrteilige Dichtringe ist das von hervorzuhebendem Vorteil.
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Der Dichtring ist bevorzugt materialeinheitlich ausgebildet. Zusätzlich zur einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit des Dichtrings ist von Vorteil, dass ein solcher Dichtring im Anschluss an seine Gebrauchsdauer sortenrein recycelt werden kann.
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Der Werkstoff, aus dem der Dichtring hauptsächlich besteht, kann einen Füllstoff umfassen.
Der Füllstoff ist bevorzugt verschleißreduzierend und/oder reibungsreduzierend ausgebildet. Durch eine solche Ausgestaltung weisen die zur Anwendung gelangenden Dichtlippen auch bei möglicherweise auftretender Mangelschmierung eine ausgezeichnete Haltbarkeit auf, so dass der Dichtring gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweist. Außerdem kann die Gleitfähigkeit der schiefen Ebenen von Dichtring und zweitem Maschinenelement aufeinander dadurch positiv beeinflusst werden.
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Als vorteilhaft hat es sich bewährt, wenn der Dichtring zumindest hauptsächlich aus einem FKM-Werkstoff besteht. Der Dichtring weist dadurch eine gute Haltbarkeit während einer langen Gebrauchsdauer auf, ist in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar und gegen die meisten abzudichtenden Medien resistent.
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Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung einer Dichtungsanordnung, wie zuvor beschrieben, in einem Einrohr-Stoßdämpfer. Solche Einrohr-Stoßdämpfer gelangen zum Beispiel in Kraftfahrzeugen zur Anwendung und haben einen, im Vergleich zu Zweirohr-Stoßdämpfern, einfachen und teilearmen Aufbau und sind deshalb kostengünstig herstellbar.
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In einem Einrohr-Stoßdämpfer ist der Dichtring innerhalb seines Einbauraums statisch vorgespannt, und zwar mit einem relativen Überdruck im abzudichtenden ersten Raum, der etwa 15 bar beträgt. Während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Einrohr-Stoßdämpfers verändert sich der Differenzdruck, je nachdem ob der Einrohr-Stoßdämpfer in axialer Richtung gestaucht oder in axialer Richtung auseinander gezogen wird. Unabhängig von den Betriebsbedingungen ist im abzudichtenden ersten Raum jedoch stets ein statischer relativer Überdruck vorhanden.
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Figurenliste
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Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 näher beschrieben.
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Die 1 bis 3 zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
- 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung im zusammengebauten Zustand, wobei der Dichtring und der Vorschaltring im herstellungsbedingten Zustand dargestellt sind,
- 2 den Dichtring und den Vorschaltring aus 1 im eingebauten Zustand, ohne Differenzdruckbeaufschlagung,
- 3 den Dichtring und den Vorschaltring aus 1 und 2 im eingebauten Zustand, wobei der am Dichtring anliegende Differenzdruck etwa 25 bar beträgt.
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Ausführung der Erfindung
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in schematischer Darstellung gezeigt.
Die Dichtungsanordnung aus 1 gelangt in einem Einrohr-Stoßdämpfer eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung und umfasst das erste Maschinenelement 4, das zweite Maschinenelement 5 und den Dichtring 6, der die beiden Räume 2, 3, die in axialer Richtung 1 benachbart zueinander angeordnet sind, gegeneinander abdichtet.
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Das erste Maschinenelement 4 ist als Kolben des Einrohr-Stoßdämpfers 25 ausgebildet, das zweite Maschinenelement 5 als Gehäuse des Einrohr-Stoßdämpfers 25, das den Kolben außenumfangsseitig umschließt. Der Kolben ist relativ zum Gehäuse in axialer Richtung 1 hin und her beweglich, wobei der Kolben vom Gehäuse mit radialem Abstand umschlossen ist. Der Dichtring 6 ist in dem durch den radialen Abstand gebildeten Spalt 7 innerhalb des Einbauraums 10 angeordnet. Der Dichtring 6 umfasst die dynamisch beanspruchte erste Dichtlippe 8 sowie zwei weitere dynamisch beanspruchte Dichtlippen 20, 21, die der ersten Dichtlippe 8 auf der dem ersten abzudichtenden Raum 2 axial abgewandten Seite in einer funktionstechnischen Reihenschaltung nachgeschaltet sind.
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Der Dichtring 6 ist kreisringförmig ausgebildet und umfasst eine erste 11 und eine zweite Stirnseite 12. Die erste Stirnseite 11 ist dem abzudichtenden ersten Raum 2 und die zweite Stirnseite 12 dem abzudichtenden zweiten Raum 3 axial zugewandt. Der erste Raum 2 bildet den Hochdruckraum des Einrohr-Stoßdämpfers 25 der zweite Raum 3 demgegenüber den Niederdruckraum.
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Axial zwischen der ersten 13 und der zweiten Kontaktfläche 14 ist der Vorschaltring 26 angeordnet. Der Dichtring 6 und der Vorschaltring 26 sind relativ ortsfest miteinander verbunden und bilden die vormontierbare Einheit. Der Dichtring 6 und der Vorschaltring 26 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel stoff- und formschlüssig miteinander verbunden.
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Der Vorschaltring 26 weist eine der ersten Kontaktfläche 13 axial zugewandte erste Berührungsfläche 28 und eine der zweiten Kontaktfläche 14 axial zugewandte zweite Berührungsfläche 29 auf. Die erste Kontaktfläche 13 und die erste Berührungsfläche 28 sowie die zweite Kontaktfläche 14 und die zweite Berührungsfläche 29 berühren einander anliegend.
Die zweite Kontaktfläche 14 und die zweite Berührungsfläche 29 sind jeweils als schiefe Ebene 15, 16 derart ausgebildet, dass bei gemeinsamer, differenzdruckbedingter Verlagerung des Dichtrings 6 und des Vorschaltrings 26 axial in Richtung des zweiten Raums 3 gleichzeitig eine Relativbewegung von zweiter Kontaktfläche 14 und zweiter Berührungsfläche 29 aufeinander erfolgt und die Dichtlippe 8 die abzudichtende Oberfläche 9 unter zunehmender radialer Vorspannung dichtend umschließt. Die zweite Kontaktfläche 14 und die zweite Berührungsfläche 29 schließen mit der gedachten Radialebene 17, die die zweite Kontaktfläche 14 und die zweite Berührungsfläche 29 durchschneidet, jeweils einen Winkel ein, der hier etwa 20° beträgt.
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Der Vorschaltring 26 umfasst die Schmutzlippe 30 und den Backup-Ring 31. Die Schmutzlippe 30 und der Backup-Ring 31 sind einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet. Die Schmutzlippe 30 ist auf der dem Dichtring 6 axial abgewandten Seite des Vorschaltrings 26 angeordnet und erstreckt sich axial in Richtung des abzudichtenden zweiten Raums 3.
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Um eine Spaltextrusion des Dichtrings 6 auf seiner Niederdruckseite in den Dichtspalt zwischen den gegeneinander abzudichtenden Maschinenelementen 4, 5 zu verhindern, ist die erste Kontaktfläche 13 von der ersten Berührungsfläche 28 des Vorschaltrings 26 in radialer Richtung vollständig überdeckt.
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Der Dichtring 6 ist einstückig und materialeinheitlich ausgebildet und besteht überwiegend aus einem FKM-Werkstoff, der optional mit einem verschleißreduzierenden und/oder reibungsreduzierenden Füllstoff 24 gefüllt sein kann.
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Das Vorsehen eines solchen Füllstoffs 24 ist insbesondere für die Haltbarkeit der Dichtlippen 8, 20, 21 vorteilhaft.
Beim Transport von Kraftfahrzeugen per LKW, Frachtschiff oder Bahn kann es zu sehr kleinamplitudigen Mikroschwingungen kommen, wobei sich das erste Maschinenelement 4 analog zu den Mikroschwingungen relativ zum zweiten Maschinenelement 5 während des gesamten Transports des Kraftfahrzeugs bewegt. Während des Transports des Kraftfahrzeugs werden die Dichtlippen 8, 20, 21 nur unzureichend geschmiert, im Gegensatz zur bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsanordnung, zum Beispiel dann, wenn das Kraftfahrzeug auf der Straße gefahren wird, sich das erste Maschinenelement 4 axial zum zweiten Maschinenelement 5 mit unterschiedlich großen Amplituden bewegt und dadurch die Dichtlippen 8, 20, 21 ausreichend gut geschmiert werden.
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Durch die verschleißreduzierenden und/oder reibungsreduzierenden Füllstoffe 24 tritt auch dann kein nachteiliger Verschleiß an den Dichtlippen 8, 20, 21 auf, wenn unter den Dichtlippen 8, 20, 21, zum Beispiel beim Transport wie zuvor beschrieben, Mangelschmierung herrscht.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung im zusammengebauten Zustand gezeigt.
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Der Dichtring 6 und der Vorschaltring 26 sind ist in ihrem herstellungsbedingten Zustand gezeigt. Das abzudichtende erste Maschinenelement 4 ist unsichtbar strich-zwei-punktiert dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass die erste Dichtlippe 8 einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser der abzudichtenden Oberfläche 9 des ersten Maschinenelements 4 ist. Durch diese Überdeckung umschließt die erste Dichtlippe 8 die abzudichtende Oberfläche 9 stets unter radialer Vorspannung dichtend.
Der Durchmesser 22 der axial zur Dichtlippe 8 benachbart angeordneten Dichtlippe 20 ist gleich oder nur ganz wenig kleiner, als der Durchmesser der abzudichtenden Oberfläche 9. Dadurch umschließt die zweite Dichtlippe 20 die abzudichtende Oberfläche 9 ohne Differenzdruck zwischen den Räumen 2, 3 mit einer, wenn überhaupt, nur sehr geringen radialen Vorspannung.
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Die dritte Dichtlippe 21 weist demgegenüber einen größeren Durchmesser 23 auf, als die abzudichtende Oberfläche 9, so dass die dritte Dichtlippe 21 die abzudichtende Oberfläche 9 nur bei deutlichem Differenzdruck zwischen den abzudichtenden Räumen 2, 3, zum Beispiel in der Größenordnung um 25 bar, dichtend umschließt.
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In 2 ist ein Ausschnitt aus der Dichtungsanordnung gemäß 1 gezeigt. Die Dichtungsanordnung ist im zusammengebauten Zustand gezeigt, wobei der Differenzdruck zwischen den abzudichtenden Räumen 2, 3 ungefähr 0 bar beträgt. Die erste Dichtlippe 8 umschließt die abzudichtende Oberfläche 9 mit ausreichend großer radialer Vorspannung dichtend, die zweite Dichtlippe 20 umschließt die abzudichtende Oberfläche 9 mit relativ geringerer radialer Vorspannung ebenfalls dichtend und die dritte Dichtlippe 21 umschließt die abzudichtende Oberfläche 9 mit radialem Abstand; sie berührt die abzudichtende Oberfläche 9 nicht.
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In 3 ist der Ausschnitt aus den 1 und 2 gezeigt, wobei der Differenzdruck zwischen den gegeneinander abzudichtenden Räumen 2, 3 etwa 25 bar beträgt. In diesem Betriebszustand wird die abzudichtende Oberfläche 9 von allen drei Dichtlippen 8, 20, 21 unter radialer Vorspannung dichtend umschlossen, wobei die radiale Vorspannung der ersten Dichtlippe 8 am größten, der zweiten Dichtlippe 20 mittelmäßig groß und der dritten Dichtlippe 21 am kleinsten ist.