DE2341350C2 - Hochdruckdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung, insbesondere Hochdruckdichtung, für eine hin- und hergehende Kolbenstange, die in einen unter Druck stehenden Behälter mündet und eine Kolbenstangenführung sowie eine Aufnahme für einen Dichtring aufweist, welcher an der Kolbenstange durch Vorspannung mittels eines Anpreßringes zur Anlage kommt, wobei die Anlagefläche des Anpreßringes kleiner ist als die axiale Erstreckung des Dichtringes und ein Stützelement für den Dichtring vorhanden ist

Durch die CH-PS 4 78 364 ist eine Dichtung bekannt, die radial unbeweglich in einem ebenfalls radial unbeweglichen Stützkörper angeordnet ist. Das Dichtelement ist im Längsschnitt trapezförmig ausgebildet, wobei an der geneigten Außenfläche ein O-ringförmiger Anpreßring angreift Bei radialer Auslenkung des abzudichtenden Bauteiles erfolgt ein einseitiges Anpressen der Dichtung an der Dichtfläche, wodurch eine hohe Reibung und — damit verbunden — ein hoher Verschleiß auftritt Um eine einwandfreie Abdichtung bei einer derartigen Ausführung zu erzielen, ist bei hohen Druckdifferenzen eine große Anpreßkraft der Dichtung an der Dichtfläche erforderlich. Diese hohen Anpreßkräfte wirken sich beispielsweise bei im Kraftfahrzeug eingebauten Stoßdämpfern oder Federbeinen negativ auf den Fahrkomfort aus, da die Reibungskräfte zu überwinden «ind. Zur Verminderung der Reibung ist es bekannt, die Dichtung mit geringerem Anpreßdruck gegen die Dichtfläche zu drücken, wobei dann bei höheren Behälterinnendrücken Leckverluste an der Dichtstelle auftreten.
Eine radiale Anpressung der Dichtung gegen eine

ίο axial bewegliche Kolbenstange ist ferner durch die US-PS 35 25 530 bekannt Durch das Eindringen des Anpreßringes in den Spalt zwischen Dichtung und Dichtungsringträger wird die radiale Beweglichkeit des Dichtringes stark beeinträchtigt so daß auch hier ein ungleichmäßiges Anpressen des Dichtringes an der Dichtfläche die Folge ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Konstruktionen zu vermeiden und eine Dichtling zu schaffen, die sowohl als Hochdruckdichtung wie auch für geringe Druckdifferenzen geeignet ist eine geringe Reibung aufweist und bei hoher Lebensdauer eine einwandfreie Funktion besitzt

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Dichtring radial beweglich angeordnet ist und daß das Stützelement durch eine in der Aufnahme befindliche, radial bewegliche Stützscheibe gebildet wird, deren Innendurchmesser am Außendurchmesser des Dichtringes und deren Kreisringfläche am Anpreßring angeordnet ist. Die radial bewegliche Stützscheibe hat dabei die Aufgabe, ein Eindringen des weichen, gummielastischen Materiales des Anpreßringes in den Spalt zwischen Dichtring und Dichtringträger zu verhindern. Selbst das Eindringen des gummielastischen Materiales zwischen Stützscheibe und Dichtring wird verhindert, indem der Innendurchmesser der Stützscheibe am Außendurchmesser des Dichtringes angeordnet ist. Ein Spiel von einigen hundertstel Millimetern zwischer Stützscheibe und Dichtring — was infolge der Herstellungstoleranzen auftreten kann — ist funktionsmäßig nicht störend.

Wesentlich günstiger ist jedoch, wenn die Stützscheibe ohne Spiel am Dichtring anliegt oder wenn die Stützscheibe selbst einen Anpreßdruck in radialer Richtung auf den Dichtring ausübt. Dies wird entsprechend einem Merkmal der Erfindung erreicht indem die Stützscheibe einen Innendurchmesse! aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Dichtringes.
Indem merkmalsgemäß die Stützscheibe im ersten Drittel des Dichtringes bezüglich des druckbeaufschlagten Innenraumes am Außendurchmesser des Dichtringes angeordnet ist, wird eine besonders günstige Abdichtung mit geringer Reibung erzielt, denn der Dichtring legt sich vorwiegend mit der im Innenraum zugekehrten Dichtkante an die Dichtfläche an.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Dichtring an seiner nach außen und/oder innen gerichteten Stirnseite eine schräge Aufstandsfläche auf. Dadurch wird ein sehr leichtes, radiales Ausweichen des Dichtringes an der Stirnseite erzielt.

Eine besonders einfache Montage erhält man — wie die Erfindung zeigt — dadurch, daß die Stützscheibe und der Anpreßring einteilig ausgebildet sind. Damit insbesondere bei größeren radialen Auslenkungen der Kolbenstange das Dichtsystem dieser Auslenkung keine großen Kräfte entgegenbringt, ist es — wie die Erfindung zeigt — vorteilhaft wenn zwischen der Stützscheibe und der Anlagefläche in der Aussparung

eine Schicht mit gleitgünstigen Eigenschaften angeordnet ist.

Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und vorteilhafte Wirkungen ergeben sich aus der Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise der im nachfolgenden beispielsweise dargestellten Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine in der Kolbenstangenführung angeordnete Dichtungsanordnung;

Fig.2 einen Ausschnitt der Dichtungsanordnung gemäß F i g. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig.3 eine Dichtungsanordnung mit einem annähernd rechteckig ausgebildeten Anpreßring;

F i g. 4 eine Dichtungsanordnung mit einem ungefähr in Form eines Dreieckes ausgebildeten Dichtungsring;

F i g. 5 einen mit konischen Schrägflächen versehenen Dichtungsring und

Fig.6 die Anordnung des Dichtsystemes in einem Schraubdeckel.

In den Fig.? und 2 ist die Abdichtung der Kolbenstange 2 für einen hydropneumatischen Stoßdämpfer oder ein Federbein dargestellt. Das Dichtsystem ist von der Einbaulage unabhängig, d.h., die Kolbenstange muß nicht nach unten austreten. Der Behälter wird durch den Zylinder 1 gebildet, in welchem ein nicht eingezeichneter und mit der Kolbenstange 2 verbundener Kolben gleitet. Bei nach unten austretender Kolbenstange 2 befindet sich in dem Arbeitsraum 9 eine unter Druck stehende Flüssigkeit, während bei nach oben austretender Kolbenstange im Bereich der Kolbenstangendichtung eine unter Druck stehende Gasfüllung vorhanden sein kann. Die Kolbenstangenführung 3 ist am Innendurchmesser des Zylinders 1 geführt, wobei zur Begrenzung der axialen Bewegung dieser Kolbenstangenführung ein in einer Nut des Zylinders angeordneter Drahtring dient. Zur Aufnahme des Dichtringes 5, welcher als Mantelring mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist, dient die Aufnahme 4 in der Kolbenstangenführung 3. Mit der nach außen gerichteten Stirnseite 10 liegt der Dichtring 5 auf der Stirnfläche der Aussparung 4 an, während zwischen dem Außendurchmesser 14 und dem Durchmesser der Aussparung ein Ringspalt gebildet wird. In einer sich in axialer Richtung an die Aussparung 4 anschließenden Ausdrehung der Kolbenstangenführung 3 ist die Stützscheibe 6 und der Anpreßring 7 angeordnet, wobei der Anpreßring 7 durch die Druckscheibe 8 in axialer Richtung vorgespannt ist. Diese Druckscheibe 8 ist in den Figuren in die Kolbenstangenführung 3 eingepreßt und spannt den Anpreßring 7 in axialer Richtung vor. Da der Anpreßring 7 aus einem gummielastischen Werkstoff besteht, bewirkt diese Vorspannung, daß der Anpreßring 7 eine in radialer Richtung wirkende Kraft auf den Dichtring 5 im Bereich der oberer Kante des Außendurchmessers 14 ausübt. Dieser Anpreßring 7 bewirkt gleichzeitig bei der Vorspannung die Abdichtung des Innenraumes 9 an den Katheten 12 und 13, während die Kolbenstangenführung 3 zur Abdichtung gegenüber der Innenwand des Zylinders 1 am Außendurchmesser mit einem Dichtelement versehen ist. Vor der Montage der Druckscheibe 8 besitzt der Anpreßring 7 die in F i g. 2 gestrichelt eingezeichnete Gestalt. Zwischen der Kathete 12 des Anpreßringes 7 und der Stirnseite der Eindrehung der Kolbenstangenführung 3 ist die Stützscheibe 6 eingespannt, die mit ihrem Innendurchmesser 15 am Außendurchmesser 14 des Dichtringes 5 angeordnet ist. Ein geringfügiger Spalt von einigen hundertstel M-'limeter zwischen dem Innendurchmesser 15 der Stützscheibe 6 und dem Außendurchmesser 14 des Dichtringes 5 ist bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 nicht störend auf die Funktion der Abdichtung. Infolge des Innendrukkes im Arbeitsraum 9 kann der Anpreßring 7 in einen solchen sehr engen Spalt zwischen der Stützscheibe 6 und dem Dichtring 5 nicht eindringen. Günstiger ist es jedoch, wenn die Stützscheibe 6 mit dem Innendurchmesser 15 auf dem Außendurchmesser 14 des Dichtringes 5 zur Anlage kommt oder eine Anpreßkraft durch die Stützscheibe 6 auf den Dichtring 5 ausgeübt wird. Daraus ergibt sich, daß ein solches Dicbtsystem herstellungstechnisch keine Schwierigkeiten bereitet, denn auch größere Herstellungstoleranzen werden ohne weiteres aufgefangen, wobei sich allerdings der Anpreßdruck des Dichtringes 5 geringfügig ändert Der Dichtring 5 besteht vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder einem Kunststoff mit Metalleinlage, ist also wesentlich steifer als der Anpreßring 7. Durch die Form der Stützscbeibe 6, die eine im Verhältnis zur Ringbreite geringe Dicke aufweist, wobei die Dicke nur einen Bruchteil der Länge des Dichtringes

5 besitzt, kann eint sehr genau definierte Berührungsfläehe des Dichtringes 5 an der Kolbenstange 2 erzielt werden. Damit auch bei sehr hohem Innendruck im Arbeitsraum 9 eine plastische Verformung der Stützscheibe 6 in den Ringraum, der durch die Aussparung 4 und den Außendurchmesser 14 der Dichtung 5 gebildet wird, nicht eintreten kann, ist die Stützscheibe 6 als starre Scheibe aufzufassen. Falls diese Stützscheibe 6 sehr dünn ausgebildet wird, um eine äußerst geringe Berührungsfläche des Dichtringes 5 an der Kolbenstange 2 zu erzeugen, besteht die Stützscheibe 6 beispielsweise aus Federstaht, wodurch lediglich ein geringfügiges elastisches Ausweichen in den Ringraum möglich ist. Radialbewegungen der Kolbenstange in der Kolbenstaiigenführung nimmt dieses Dichtsystem ohne wesentliche Erhöhung des seitlichen Anpreßdruckes auf, indem der Stützring 6 einen kleineren Außendurchmesser aufweist als die in der Kolbenstangenführung 3 befindliche Anlagefläche. Dieses Spiel des Stützringes 6 in der Kolbenstangenführung 3 ermöglicht ein radiales Ausweichen infolge des auf die Dichtung 5 wirkenden Radialdruckes, herrührend von der Kolbenstange 2. Infolge der Formgebung des Anpreßringes 7 wirkt der Innendruck des Arbeitsraumes 9 auf die Hypotenuse 11. Bei Druckerhöhung wirkt sich dies durch stärkere radiale Anpressung des Anpreßringes 7 auf die Dichtung 5 aus.

Die Ausführungsform nach F i g. 3 unterscheidet sich von der nach den F i g. 1 und 2 dadurch, daß der Anpreßring 7 einen im wesentlichen rechteckig ausgebildeten Querschnitt besitzt. Die Form des Anpreßringes 7 vor der Montage der Druckscheibe 8 ist gestrichelt dargestellt. Auch hier wird bei Zusammendrücken des Anpreßringes 7 eine radial wirkende Kraft auf den Dichtring 5 ausgeübt, während die Stützscheibe

6 durch entsprechende axiale Anordnung der Auflagefläche in der Kolbenstiingenführung 3 die Berührungsfläche des Dichtringes 5 an der Kolbenstange 2 begrenzt. Selbstverständlich ist es auch hier möglich, daß die Stützscheibe 6 selbst zur Erzeugung einer Anpreßkraft des Dichtringes 5 an der Kolbenstange 2 herangezogen werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 besitzt der Anpreßring 7 eine etwa dreieckförmige Gestalt Die Anpressung des Dichtringes 5 an die Kolbenstange 2

erfolgt jedoch hier durch die Stützscheibe 6, die mit einem kleineren Innendurchmesser 15 versehen ist als der Außendurchmesser 14 des Dichtringes 5. Durch elastisches Nachgeben des Dichtringes 5 an der Angriffsstelle der Stützscheibe 6 wird die nötige Vorspannung für die Anlage des Dichtringes 5 an der Kolbenstange 2 erzeugt. Der Anpreßring 7, welcher wiederum durch die Druckscheibe 8 vorgespannt ist, legt sich mit der Kathete 13 an der zylindrischen Wand der Ausdrehung in der Kolbenstangenführung 3 an, während die Kathete 12 auf die Stützscheibe 6 drückt. Die von der Kathete 12 und der Hypotenuse 11 gebildete Ecke kann als Dichtlippe aufgefaßt werden, deren auf die Dichtung 5 wirkende Radialkraft vernachlässigbar klein ist. Dementsprechend übernimmt der Anpreßring 7 nur das Andrücken der Stützscheibe 6 gegen seine Auflagefläche in der Kolbenstangenführung 3 und dient als Dichtelement zwischen der Kolbenstangenführung und der Stützscheibe sowie zwischen Stützscheibe 6 und Dichtring 5. Da — wie in dieser Figur gezeigt — der Stützring 6 im Bereich des dem mit Druckmedium gefüllten Arbeitsraum zugekehrten Ende des Dichtringes 5 angreift und die Stützscheibe 6 eine geringe Dicke aufweist, wird eine sehr kleine Berührungsfläche zwischen dem Dichtring 5 und der Stützscheibe 6 erzielt. Dementspre-Dichtring 5 und der Stützscheibe 6 erzielt. Dementsprechend ist auch die auf die Kolbenstange 2 wirkende Anpreßkraft sehr genau definiert, so daß auf diese gebildet wird.

Eine weitere Ausführungsform des Dichtsystemes zeigt F i g. 5, wobei der Anpreßring 7 nicht bis zum Innendurchmesser 15 der Stützscheibe 6 reicht. Die Stützscheibe 6 übernimmt hierbei sowohl die Anpressung des Dichtringes 5 gegen die Kolbenstange 2 als auch die Abdichtung zwischen Stützscheibe 6 und Dichtring 5. Der Innendurchmesser der Stützscheibe 6 ist dementsprechend kleiner als der Außendurchmesser 14 des Dichtringes 5, wodurch der Dichtring 5 im Bereich der Berührungsfläche der Stützscheibe elastisch verformt wird bzw. bei größerem Anpreßdruck durch die Stützscheibe 6 eine plastische Verformung erfährt. An der dem Arbeitsraum 9 zugekehrten Stirnseite weist der Dichtring 5 eine konische Schrägfläche auf, wodurch der Dichtring an seinem Innendurchmesser eine geringere axiale Ausdehnung besitzt als an seinem Außendurchmesser. Der Neigungswinkel der konischen Schrägfläche ist mit α bezeichnet Infolge des Innendruckes im Arbeitsraum 9 wirkt der Druck sowohl auf die konische Schrägfläche als auch auf die Außenfläche am Durchmesser 14 an dem dem Arbeitsraum 9 zugekehricn Ende des Dichtringes 5,welches durch die Stützscheibe 6 begrenzt wird. Dementsprechend wirkt sich eine Druckerhöhung im Arbeitsraum 9 dadurch aus, daß der Dichtring 5 eine höhere Anpreßkraft auf die Kolbenstange 2 ausübt Um ein Ausweichen des Dichtringes infolge dieser Kraftkomponente an der Stirnfläche der Aussparung 4 zu erleichtern, weist dieser an der nach außen gekehrten Stirnseite eine schräge Aufstandsfläche 21 auf. Diese schräge Aufstandsfläche 21 wird ebenfalls durch einen Konus gebildet, der den Neigungswinkel + besitzt.

Der Anpreßring 7 ist in dieser Ausführung einteilig mit der Stützscheibe 6 durch Vulkanisieren oder Kleben verbunden. Die Montage gestaltet sich auf diese Weise sehr einfach, denn der gummielastische Anpreßring 7 wird durch die Verbindung mit der Stützscheibe 6 eindeutig festgelegt, so daß Montagefehler durch falsches oder fehlerhaftes Einlegen vermieden werden.

In Fig.6 ist die Aussparung 4 zur Aufnahme des

Dichtringes 5 in einem Schraubring 16 angeordnet. Die gegenüber der Innenwand des Zylinders 1 abgedichete und durch einen in einer Nut befindlichen Drahtring in axialer Richtung festgelegte Kolbenstangenführung 3 übernimmt die Aufgabe der Druckscheibe, da beim Eindrehen des Schraubringes 16 der Anpreßring 7 durch die Stirnfläche der Kolbenstangenführung 3 zusammengepreßt wird. Infolge des größeren radialen Spieles zwischen der Kolbenstange 2 und dem Schraubring 16 ist auch das zwischen der zylindrischen Begrenzungswand und dem Außendurchmesser de." Stützscheibe 6 vorhandene Spiel wesentlich größer, damit sich die Dichtungsanordnung leicht auf die Lage der Kolbenstange einstellen kann. Im Schraubring 16 ist zwischen dem äußeren Durchmesser der Stützscheibe 6 und der Begrenzung der Auflagefläche das Spiel 17 vorhanden. Zur Verminderung der Reibung zwischen der Stützscheibe 6 und der im Schraubring 16 befindlichen Anlagefläche ist eine dünne Kunststoffscheibe 18 zwischen der Anlageflächc und der Stützscheibe 6 eingelegt. Entsprechend dem zwischen der Kolbenstange 2 und dem Schraubring 16 vorhandenen radialen Spiel ist auch der zwischen der Aussparung 4 und dem Außendurchmesser 14 des Dichtringes 5 vorhandene Ringraum größer gewählt. Die geringe Anforderung an die Fertigungstoleranzen für die Einzelteile zeigt besonders diese Figur. Wesentlich ist nur die Einhaltung des Innendurchmessers 15 der Stützscheibe 6 sowie des Außendurchmessers 14 und der Dicke des Dichtringes 5. Dabei können auch hier die Toleranzen größer gewählt werden als bei den bisher bekannten Abdichtungen, da infolge der kleinen Berührungsfläche der Stützscheibe 6 auf dem Dichtring 5 bei etwas zu kleinem Durchmesser 15 eine plastische Verformung des Dichtringes 5 an dieser Stelle den Anpreßdruck an der Kolbenstange 2 nur unwesentlich erhöht. Damit sich in dem von Dichtring 5, Anpreßring 7, Kolbenstangenführung 3 und Kolbenstange 2 begrenzten Raum kein gegenüber dem Arbeitsraum 9 erhöhter Druck aufbauen kann, ist in der Kolbenstangenführung 3 eine Entlastungsnut angeordnet Diese Entlastungsnut ist als Spiralnut 19 ausgebildet und befindet sich zwischen der Gleitbüchse 20 und dem

so Grundkörper der Kolbenstangenführung 3. Insbesondere bei nach oben austretender Kolbenstange ist der durch die Spifämüi 19 gebildete Rückführungsliänäi vorteilhaft da hierdurch das Dichtsystem nicht gekreuzt wird, wie dies bei den sonst üblichen Rückführungskanälender Fall wäre.

Das vorstehend beschriebene Dichtsystem ist sowohl für hohe als auch für niedere Drücke geeignet Bei diesem Dichtsystem handelt es sich um eine dynamische Dichtung, die zwar im vorliegenden Fall auf Stoßdämpfer oder Federbeine für Kraftfahrzeuge zugeschnitten ist, sich aber auch als Weüendichtring,d.h. nicht nur für hin- und hergehende Kolbenstangen, sondern auch für drehende Wellen, als Abdichtung eignet

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Dichtung, insbesondere Hochdruckdichtung für eine hin- und hergehende Kolbenstange, die in einen unter Druck stehenden Behälter mündet und eine Kolbenstangenführung sowie eine Aufnahme für einen Dichtring aufweist, welcher an der Kolbenstange durch Vorspannung mittels eines Anpreßringes zur Anlage kommt wobei die Anlagefläche des Anpreßringes kleiner ist als die axiale Erstreckung des Dichtringes und ein Stützelement für den Dichtring vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (5) radial beweglich angeordnet ist und daß das Stützelement durch eine in der Aufnahme befindliche, radial bewegliche Stützscheibe (6) gebildet wird, deren Innendurchmesser (15) am Außendurchmesser (14) des Dichtringes und deren Kreisringfläche am Anpreßring (7) angeordnet ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (6) einen Innendurchmesser (15) aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser (14) des Dichtringes (5).

3. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (6) im ersten Drittel des Dichtringes (5) bezüglich des druckbeaufschlagten Innenraumes (Arbeitsraum 9) am Außendurchmesser (14) des Dichtringes (5) angeordnet ist.

4. Dichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (5) an seiner nach außen und/oder innen gerichteten Stirnseite eine schräge Aufstandsfläche (21) aufweist.

5. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (6) und der Anpreßring (7) einteilig ausgebildet sind.

6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stützscheibe (6) und der Anlagefiäche in der Aussparung (4) eine Schicht mit gleitgünstigen Eigenschaften angeordnet ist.