DE69925631T2

DE69925631T2 - Doppelte dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE69925631T2
Application number: DE69925631T
Authority: DE
Inventors: P. Michael GRIMANIS; W. Mark STREMECKUS
Original assignee: Chesterton AW Co
Current assignee: Chesterton AW Co
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: CA2348973C; AU768977B2; US6726220B2; AU1231600A; EP1133650A1; US6386548B1; ES2246591T3; WO2000025048A1; US20020175475A1; CA2348973A1; DE69925631D1; ATE296978T1; EP1133650B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zum Dichten einer Stange oder eines Schafts bzw. einer Welle bezüglich einer Buchse oder einem Gehäuse, die/das die Stange umschließt. Die Erfindung betrifft insbesondere eine geteilte doppelte oder Doppeldichtungsanordnung zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen einer Stange und einer Buchse.
Hydraulik- und Pneumatiksysteme wandeln typischerweise einen Fluiddruck durch Zuführen des Fluiddrucks zu einem Ende eines zylindrischen Kolbens, der in einer entsprechenden Bohrung gleitet, in eine lineare Kraft um. Eine Kolbenstange erstreckt sich vom Kolben oder von einem Schaft durch mindestens ein Ende der Bohrung und in eine Buchse oder ein Gehäuse. Um einen Fluidverlust und einen Fluiddruckverlust von den Systemen zu vermeiden, ist ein Dichtungssystem erforderlich, um eine Dichtung zwischen der Stange und der Buchse oder dem Gehäuse und/oder zwischen der Stange und der Bohrung bereitzustellen.
Herkömmliche Dichtungssysteme können mehrere ringförmige elastische Dichtelemente verwenden, die in einer in der Buchse ausgebildeten Nut angeordnet sind. Die ringförmigen Dichtelemente haben eine derartige Größe, dass eine Wechselwirkung zwischen den Dichtelementen und der Außenfläche der Stange erhalten wird. Die Wechselwirkung wird vorzugsweise in einem solchen Maß bereitgestellt, daß eine glatte axiale Bewegung der Stange durch die Dichtelemente erhalten wird, während gleichzeitig eine Fluiddichtung zwischen der Stange und der Buchse bereitgestellt wird.
Derartige herkömmliche Dichtungssysteme haben mehrere Nachteile. Insbesondere kann durch die hin- und hergehende Bewegung der Stange veranlaßt werden, dass die Dichtelemente in den zwischen der Stange und der Buchse bereitgestellten Zwischenraum gepresst werden. Außerdem nimmt, wenn die Dichtelemente verschleißen, die durch die Dichtelemente erzeugte radiale Druckkraft gegen die Stange ab, wodurch die Dichtwirkung der Dichtelemente entsprechend abnimmt. Um eine derartige Abnahme der Dichtwirkung zu kompensieren, wird durch einige herkömmliche Dichtungssysteme ein axialer Kompressionsmechanismus bereitgestellt, um den auf die Dichtelemente ausgeübten axialen Druck einzustellen, wodurch die durch die Dichtelemente gegen die Stange ausgeübte radiale Druckkraft erhöht wird. Solche gelegentlichen Einstellungen können zeitaufwendig sein und die Wartungskosten erhöhen.
Um das mit elastischen Dichtelementen verbundene Verschleißproblem zu lösen, weisen einige herkömmliche Dichtungssysteme ein zusätzliches elastisches Positionierungselement auf, um die Dichtelemente in Dichtkontakt mit der Stange anzuordnen, indem axiale und/oder radiale Druckkräfte gegen die Dichtelemente ausgeübt werden. Derartige herkömmliche Dichtungssysteme funktionieren jedoch typischerweise nicht unter allen Betriebsbedingungen geeignet. Beispielsweise können die zusätzlichen elastischen Positionierungselemente bei Druckumkehrbedingungen, in denen der Druck an der unter normalen Betriebsbedingungen vorgesehenen Hochdruckseite des Hydraulik- oder Pneumatiksystems unter den Druck der unter normalen Betriebsbedingungen vorgesehenen Niedrigdruckseite des Systems absinkt, ungeeignet sein, die Dichtelemente in Kontakt mit der Außenfläche der Stange anzuordnen.
Außerdem steht in derartigen Dichtungssystemen das zusätzliche Positionierungselement nicht in Kontakt mit der Stange, so dass es keine Dichtfunktionn hat. Weil nur das Dichtelement mit der Stange in Kontakt steht, wirken die Dichtelemente und das Positionierungselement nicht zusammen, um zu gewährleisten, dass die Konzentrizität der Dichtungsstruktur beibehalten wird. Ein Verlust der Konzentrizität kann zu einem Fluid- oder Gasverlust führen. Beispielsweise kann die Stange in vielen Anwendungen radialen Kräften ausgesetzt sein, die die konzentrische Ausrichtung der Stange tendenziell stören. Eine derartige Störung der Ausrichtung der Stange kann die mit der Stange in Kontakt stehenden Dichtflächen beschädigen, wodurch veranlaßt wird, dass der Dichteingriff der Dichtkanten der Dichtelemente mit der Stange verloren geht.
Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Dichtungssystems ist, dass durch die schlechten Verschleißcharakteristiken der Dichtelemente eine häufige Überwachung und ein häufiger Austausch oder eine häufige Anpassung der Dichtelemente erforderlich ist. Für einen Austausch und eine Montage der Dichtelemente oder anderer Komponenten des Dichtungssystems kann eine vollständige Betriebsunterbrechung des Hydraulik- oder Pneumatiksystems erforderlich sein, um die ringförmigen Komponente über die Stange zu führen. Für den Austausch- und den Anpassungsvorgang können daher häufig lange Betriebsunterbrechungen des dem Dichtungssystem zugeordneten Systems erforderlich sein.
In der GB-A-1598347 ist eine zylindrische Fluideinheit mit einer Serie von axial miteinander in Eingriff stehenden Dichtringen aus einem elastischen Material beschrieben.
In der US-A-4635945 ist eine zusammengesetzte oder Verbunddichtung mit einem primären Dichtelement und einem sekundären Dichtelement beschrieben. Das primäre Dichtelement ist leichter verformbar als das sekundäre Dichtelement. Benachbarte Flächen der Dichtelemente sind derart konfiguriert, dass die Verformung des primären Dichtelements über das sekundäre Dichtelement hinaus minimiert wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung mit Dichtelementen bereitzustellen, die über einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen, einschließlich einer Druckumkehrbedingung, einen Dichtkontakt mit der Stange beibehalten.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung mit Dichtelementen bereitzustellen, die einen Dichteingriff mit der Stange beibehalten, ohne dass eine häufige Überwachung, ein häufiger Austausch oder eine häufige Anpassung der Dichtungsanordnung erforderlich sind.
Es ist eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung mit Dichtelementen bereitzustellen, die einer Verformung in den Zwischenraum zwischen der Stange und der Buchse widerstehen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung mit geteilten Komponenten bereitzustellen, durch die eine Überwachung, eine Montage und ein Austausch der Dichtungsanordnung vereinfacht wird.
Andere und spezifischere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind teilweise offensichtlich und werden teilweise anhand der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung deutlich.
Durch die Erfindung wird eine Doppeldichtungsanordnung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch die erfindungsgemäße Doppeldichtungsanordnung zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen einer hin- und herbeweglichen Stange und einer Buchse gelöst. Die Doppel dichtung weist ein erstes und ein zweites ringförmiges Dichtelement auf, die axial benachbart zueinander angeordnet sind. Das erste Dichtelement ist aus einem Material mit einer Härte hergestellt, die von derjenigen des Materials verschieden ist, aus dem das zweite Dichtelement hergestellt ist. Das erste und das zweite Dichtelement weisen jeweils eine Dichtkante auf, die mit der Stange in Kontakt steht, um eine Dichtung zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Dichtelement und der Stange bereitzustellen. Mindestens ein Teil des ersten und/oder des zweiten Dichtelements steht mit der Buchse in Eingriff, um eine Dichtung zwischen der Stange und der Buchse herzustellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das erste Dichtelement bezüglich des zweiten Dichtelements axial innen angeordnet und ist die Härte des Materials, aus dem das erste Dichtelement hergestellt ist, geringer als die Härte des Materials, aus dem das zweite Dichtelement hergestellt ist. Vorzugsweise beträgt die Härte des Materials, aus dem das zweite Dichtelement hergestellt ist, etwa zwischen 50 Shore A und 25 Shore D, und die Härte des Materials, aus dem das erste Dichtelement hergestellt ist, beträgt etwa zwischen 50 Shore A und 95 Shore A.
Durch den Härteunterschied der Materialien, aus denen das erste und das zweite Dichtelement hergestellt sind, werden mehrere wesentliche Vorteile erzielt. Durch Ändern der Härte des Materials, aus dem die Dichtelemente hergestellt sind, können das erste und das zweite Dichtelement derart konfiguriert werden, dass verschiedene Funktionen innerhalb der Doppeldichtungsanordnung bereitgestellt werden, und die Elemente können in Zusammenwirkung in einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen eine wirksame Fluiddichtung bereitstellen. Beispielsweise wird durch das Material mit geringerer Härte, aus dem das erste Dichtelement hergestellt ist, eine größere elastische radiale Ablenkung des ersten Dichtelements ermöglicht, wenn das erste Dichtelement während des Betriebs durch den Fluiddruck axial zusammengedrückt wird. Das erste Dichtelement kann daher axiale Druckkräfte in eine erhöhte radiale Dichtkraft umwandeln, indem es in Richtung der Stange und in Richtung der Nut radial abgelenkt wird. Durch die größere Härte des zweiten Dichtelements kann das zweite Dichtelement während des Betriebs einer elastischen Verformung widerstehen, wodurch die Konzentrizität des weicheren ersten Dichtelements beibehalten und verhindert wird, dass das erste Dichtelement in den Zwischenraum zwischen der Stange und der Buchse gepreßt wird, und ermöglicht wird, dass die Doppeldichtung unter Umkehrdruckbedingungen geeignet funktioniert.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine der Komponenten der Doppeldichtungsanordnung geteilt, um die Montage, den Austausch, die Überwachung oder die Prüfung der Doppeldichtungsstruktur zu erleichtern. Insbesondere können die Montage, der Austausch und die Prüfung der geteilten Dichtungskomponente der Doppeldichtungsanordnung ausgeführt werden, ohne dass das Hydraulik- und Pneumatiksystem vollständig abgeschaltet werden muß, und ohne dass die Dichtungskomponente über ein Ende der Stange geführt werden muss. Vorzugsweise ist das erste ringförmige Dichtelement an einer Trennfläche geteilt, um eine erste und eine zweite Verbindungskante zu bilden, die verblockt sind, um zu verhindern, dass das Dichtelement an der Trennfläche getrennt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen. Die Zeichnungen zeigen Prinzipien der Erfindung und, obwohl nicht maßstabsgetreu, relative Abmessungen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Doppeldichtungsanordnung gemäß den Prinzipien der Erfindung;
1A zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Doppeldichtungsanordnung von 1;
1B zeigt eine Teil-Querschnittansicht der Doppeldichtungsanordnung von 1 zum Darstellen der Doppeldichtungsanordnung unter statischen Betriebsbedingungen;
2 zeigt eine Querschnittansicht des ersten Dichtelements der erfindungsgemäßen Doppeldichtungsanordnung von 1;
3 zeigt eine Querschnittansicht des zweiten Dichtelements der erfindungsgemäßen Doppeldichtungsanordnung von 1;
4 zeigt eine Seiten-Querschnittansicht der Doppeldichtungsanordnung von 1 zum Darstellen der Doppeldichtungsanordnung unter normalen Betriebsbedingungen;
5 zeigt eine Seiten-Querschnittansicht der Doppeldichtungsanordnung von 1 zum Darstellen der Doppeldichtungsanordnung unter Druckumkehrbetriebsbedingungen;
6 zeigt eine Querschnittansicht des ersten Dichtelements der Doppeldichtungsanordnung von 1 zum Darstellen der relativen Abmessungen der Dichtkante und der in der axial inneren Fläche des ersten Dichtelements ausgebildeten Nut;
7A zeigt eine Ansicht der axial äußeren Fläche des ersten Dichtelements einer erfindungsgemäßen geteilten Doppeldichtungsanordnung;
7B zeigt eine Ansicht der radial inneren Fläche des ersten Dichtelements von 7A zum Darstellen der Verbindungskanten, die die geteilte Trennfläche des ersten Dichtelements bilden;
7C zeigt eine Detailansicht der Verbindungskanten, die die geteilte Trennfläche des ersten Dichtelements von 7A bilden;
8A zeigt eine Ansicht der radial inneren Fläche des ersten Dichtelements von 7A zum Darstellen der Verbindungskanten, die die geteilte Trennfläche des ersten Dichtelements bilden, während einer axial nach außen gerichteten Bewegung der Stange; und
8B zeigt eine Ansicht der radial inneren Fläche des ersten Dichtelements von 7A zum Darstellen der Verbindungskanten, die die geteilte Trennfläche des ersten Dichtelements bilden, während einer axial nach innen gerichteten Bewegung der Stange.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die 1, 1A und 1B zeigen eine exemplarische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Doppeldichtungsanordnung 10. Die Dichtungsanordnung 10 ist vorzugsweise konzentrisch um eine Welle bzw. einen Schaft oder eine Stange 28 angeordnet und in einer ringförmigen Nut 16 aufgenommen, die in einer einem Hydraulik- oder Pneumatiksystem zugeordneten Buchse oder einem Gehäuse 20 ausgebildet ist. Die Stange 28 erstreckt sich entlang einer Achse 30 und ist teilweise in der Buchse 20 montiert. Während des Betriebs des Hydraulik-/Pneumatiksystems bewegt sich die Stange 28 relativ zur Buchse 20 hin- und hergehend entlang der Achse 30. Die Doppeldichtungsanordnung 10 ist derart konstruiert, dass eine Fluiddichtung zwischen der Buchse 20 und der Stange 28 bereitgestellt wird, wodurch verhindert wird, dass Hydraulik- oder Pneumatikfluid vom Hydraulik-/Pneumatiksystem ent weicht. Eine Dichtung wird primär durch ein erstes ringförmiges Dichtelement 12 mit einer ringförmigen Dichtfläche 62 bereitgestellt, die mit der Stange 28 in Eingriff steht, um eine primäre Fluiddichtung der Dichtungsanordnung 10 bereitzustellen. Ein zweites ringförmiges Dichtelement 14 ist axial mit dem ersten Dichtelement 12 verbunden, um das erste Dichtelement 12 in der Nut 16 und in Eingriff mit der Stange 28 zu halten. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, steht das zweite Dichtelement 14 mit der Stange 28 in Eingriff, um eine sekundäre Fluiddichtung gegen die Stange 28 bereitzustellen. Wenn das erste und das zweite ringförmige Dichtelement 12 und 14 in der Nut 16 der Buchse 20 aufgenommen sind, werden sie in einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen in einen Dichteingriff mit der Stange 28 radial vorgespannt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Der hierin verwendete Ausdruck "axial" bezeichnet eine allgemein parallel zur Stangenachse 30 verlaufende Richtung. Der hierin verwendete Ausdruck "radial" bezeichnet eine allgemein senkrecht zur Stangenachse 30 verlaufende Richtung. Die Ausdrücke "Fluid" und "Fluids" bezeichnen Flüssigkeiten, Gase und Kombinationen davon.
Gemäß 1 weist die in der Buchse 20 ausgebildete ringförmige Nut 16 eine sich axial erstreckende Fläche 22 und zwei voneinander beabstandete, sich radial erstreckende Seitenwände 24 und 26 auf. Ein ringförmiger Zwischenraum 32 trennt die Buchse 20 an einem axial äußeren Ende der Buchse 20 von der Stange 28. Ein entsprechender ringförmiger Zwischenraum 33 trennt die Buchse 20 an einem axial inneren Ende der Buchse 20 von der Stange 28. Die Zwischenräume 32 und 33 dienen dazu, eine hin- und hergehende Bewegung der Stange 28 ohne Störung durch die Buchse 20 zu ermöglichen. Der hierin verwendete Ausdruck "axial innen" bezeichnet einen proximal zum Hydraulik-/Pneumatiksystem angeordneten Abschnitt der Buchse 20. Der hierin verwendete Ausdruck "axial außen" bezeichnet dagegen distal vom Hydraulik-/Pneumatiksystem angeordneten einen Abschnitt der Buchse 20.
Gemäß 2 weist das erste Dichtelement 12 eine radial äußere Fläche 34 mit einem sich axial erstreckenden Abschnitt 36 auf, der mit einem radial äußeren, axial nach außen gewandeten schrägen Abschnitt 38 verbunden ist. Der schräge Abschnitt 38 ist mit einem radial äußeren, axial nach innen gewandten schrägen Abschnitt 40 verbunden. Die schrägen Abschnitte 38 und 40 sind miteinander verbunden und bilden eine ringförmige Dichtkante 39 zum Herstellen einer Fluiddichtung zwischen dem ersten Dichtelement 12 und der sich axial erstreckenden Fläche 22 der Nut 16. Der schräge Abschnitt 40 erstreckt sich zu einer axial inneren Fläche 42, die einen sich radial erstreckenden flachen Abschnitt 44 aufweist, der sich zu einem radial inneren, axial nach innen gewandten Abschnitt 46 erstreckt. Der schräge Abschnitt 46 ist mit einem axial nach innen gewandten bogenförmigen Abschnitt 48 verbunden, der sich zu einem radial äußeren, axial nach innen gewandten schrägen Abschnitt 50 erstreckt. Der schräge Abschnitt 50 erstreckt sich zu einem sich radial erstreckenden flachen Abschnitt 52. Die Kombination aus den Abschnitten 46, 48 und 50 bildet eine Nut 54 in der axial inneren Fläche 42.
Das erste Dichtelement 12 weist ferner eine radial innere Fläche 56 auf, die durch einen radial inneren, axial nach außen gewandten schrägen Abschnitt 58 gebildet wird, der sich zu einem radial inneren, axial nach außen gewandten schrägen Abschnitt 60 erstreckt. Die schrägen Abschnitte 58 und 60 sind miteinander verbunden, um eine ringförmige Dichtkante 62 zu bilden, die die Stange 28 umschließt, um einen Dichteingriff mit der Stange 28 bereitzustellen. Die radial innere Fläche 56 weist ferner einen sich axial erstreckenden Abschnitt 64 auf, der sich vom schrägen Abschnitt 60 zu einer axial äußeren Fläche 66 erstreckt. Die axial äußere Fläche 66 weist einen schrägen Abschnitt 68 auf, der sich zu einem im wesentlichen flachen Abschnitt 70 erstreckt, der mit einem schrägen Abschnitt 72 verbunden ist.
Gemäß den 1 und 2 wird durch das erste Dichtelement 12 eine Fluiddichtung zwischen der Buchse 20 und der Stange 28 bereitgestellt durch einen Umfangskontakt zwischen der Stange und der ringförmigen Dichtkante 62 und einen Kontakt zwischen einem Abschnitt der sich axial erstreckenden Fläche 22 der Nut 16 und mindestens einem Abschnitt der radial äußeren Fläche 34. Durch den Kontakt des Dichteelements 12 mit der Stange 28 wird eine dynamische Dichtungsgrenzfläche mit der Stange 28 bereitgestellt, und durch den Kontakt des Dichtelements 12 mit der radial äußeren Fläche 22 der Nut 16 wird eine statische Dichtungsgrenzfläche zwischen dem Dichtelement 12 und der Nut 16 bereitgestellt.
Wie in 3 dargestellt ist, weist das zweite Dichtelement 14 eine radial äußere Fläche 74 mit einem sich axial erstreckenden Abschnitt 76 auf, der sich zu einem radial äußeren, axial nach außen gewandten bogenförmigen Abschnitt 78 erstreckt, der mit einem radial äußeren, axial nach innen gewandten schrägen Abschnitt 80 verbunden ist. Die schrägen Abschnitte 78 und 80 sind miteinander verbunden, um eine ringförmige Dichtkante 79 zum Herstellen einer Fluiddichtung zwischen dem zweiten Dichtelement 14 und der sich axial erstreckenden Fläche 22 der Nut 16 zu bilden. Der schräge Abschnitt 80 ist mit einer axial inneren Fläche 82 verbunden, die einen radial inneren, axial nach innen gewandten schrägen Abschnitt 84 aufweist, der sich zu einem axial nach innen gewandten bogenförmigen Abschnitt 86 erstreckt. Der bogenförmige Abschnitt 86 erstreckt sich zu einem axial inneren, radial nach außen gewandten schrägen Abschnitt 88, der sich zu einer radial inneren Fläche 90 erstreckt. Die Abschnitte 84, 86 und 88 bilden eine Grenzflächennut 92 in der Fläche 82, deren Form der axial äußeren Fläche 66 des Dichtelements 12 komplementär ist. Die radial innere Fläche 90 weist einen axial inneren, radial nach innen gewandten schrägen Abschnitt 94 auf, der sich zu einem radial äußeren, axial nach außen gewandten bogenförmigen Abschnitt 96 erstreckt. Die schrägen Abschnitte 94 und 96 sind miteinander verbunden, um eine ringförmige Dichtkante 97 zu bilden, die die Stange 28 umschließt, um einen Dichteingriff mit der Stange 28 bereitzustellen. Die radial innere Fläche 90 weist ferner einen sich axial erstreckenden Abschnitt 98 auf, der mit einer sich radial erstreckenden, axial äußeren Fläche 100 verbunden ist.
Das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 können aus einem elastischen Material hergestellt werden, z.B. aus Neopren, Polyurethan, Gummi, verstärktem Gummi, Kunststoff oder Perfluorpolymermaterialien, wie beispielsweise Teflon^®-Copolymeren (die von DuPont, Wilmington, Delaware verkauft werden). Das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 sind vorzugsweise aus einem homogenen elastischen Material hergestellt, um ein voraussagbares elastisches Verhalten zu gewährleisten und Schmutz durch Verschleiß zu vermeiden, der typischerweise entsteht, wenn in einem Dichtelement ein nichthomogenes oder ein Verbundmaterial verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform können das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 aus Polyurethanmaterialien mit verschiedenen Härtewerten hergestellt sein.
Das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 sind vorzugsweise aus Materialien mit verschiedenen Härten oder Härtewerten konstruiert. Insbesondere hat das zum Herstellen des ersten Dichtelements 12 verwendete Material einen niedrigeren Härtewert als das zum Herstellen des zweiten Dichtelements 14 verwendete Material. Der Härtewert des Materials, aus dem das erste Dichtelement 12 hergestellt ist, beträgt vorzugsweise zwischen etwa 50 Shore A und etwa 95 Shore A, während die Härte des zweiten Dichtelements 14 vorzugsweise zwischen etwa 50 Shore A und 25 Shore D beträgt. In einer bevorzugten Ausführungsform betragen der Härtewert des Materials, aus dem das erste Dichtelement 12 hergestellt ist, 85 Shore A, und der Härtewert des Material, aus dem das zweite Dichtelement 14 hergestellt ist, 95 Shore A.
Durch den Unterschied der Härten der Materialien, aus denen das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 hergestellt ist, werden mehrere Vorteile erhalten. Insbesondere können das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 durch Ändern der Härte der Materialien, aus denen die Dichtelemente hergestellt sind, derart konfiguriert werden, dass sie in der Doppeldichtungsanordnung 10 verschiedene Funktionen bereitstellen, durch die in Kombination in einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen eine wirksame Fluiddichtung bereitgestellt wird. Beispielsweise wird durch die geringere Härte des Materials, aus dem das erste Dichtelement 12 hergestellt ist, eine größere elastische radiale Ablenkung des ersten Dichtelements 12 ermöglicht, wenn das erste Dichtelement 12 während des Betriebs durch einen Fluiddruck axial zusammengedrückt wird, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Das erste Dichtelement 12 wandelt daher axiale Druckkräfte in eine erhöhte radiale Dichtkraft um, indem es in Richtung der Stange 28 und in Richtung der Nut 28 radial abgelenkt wird. Durch die größere Härte des zweiten Dichtelements 14 wird dagegen ermöglicht, dass das zweite Dichtelement 14 während des Betriebs einer elastischen Verformung widersteht, wodurch die Konzentrizität des weicheren ersten Dichtelements 12 beibehalten und verhindert wird, dass das erste Dichtelement 12 in den Zwischenraum 33 gepreßt wird, und ermöglicht wird, dass die Dichtungsanordnung 10 auch unter Umkehrdruckbedingungen geeignet funktioniert.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines weicheren Materials für das erste Dichtelements 12 ist, dass durch das weichere Material ermöglicht wird, dass das erste Dichtelement 12 sich den Dichtflächen, d.h. der Außenfläche der Stange 28 und der sich axial erstreckenden Fläche 22 der Nutr 16, besser anpaßt. Ein weicheres elastisches Material ist daher insbesondere zum Bereitstellen fluiddichter Dichtungen in älteren Geräten oder Apparaturen geeignet, in denen die Dichtflächen aufgrund von Verschleiß möglicherweise nicht glatt sind.
1 zeigt das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 während statischer Betriebsbedingungen. Der Ausdruck "statische Betriebsbedingungen" bezeichnet Betriebsbedingungen, bei denen die Stange 28 ruht, d.h. Betriebsbedingungen, bei denen die Stange 28 sich bezüglich der Buchse 20 nicht hin- und hergehend bewegt. Während statischen Betriebsbedingungen stehen die ringförmige Dichtkante 39 und die ringförmige Dichtkante 62 des ersten Dichtelements 12 mit der sich axial erstreckenden Fläche 22 der Nut 16 und mit der Außenfläche der Stange 28 in Eingriff, um eine Fluiddichtung zwischen der Buchse 20 und der Stange 28 herzustellen. Die in 2 durch einen Pfeil W_S dargestellte Breite des ersten Dichtelements 12 zwischen den Dichtkanten 39 und 62 wird vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie in einem nicht verformten Zustand größer ist als der in 1 durch die Linie W_G dargestellte Abstand zwischen der sich axial erstreckenden Fläche 22 der Nut 16 und der Außenfläche der Stange 28. Daher wird das erste Dichtelement 12 an den Dichtkanten 38 und 62 radial zusammengedrückt, um an der Dichtkante 39 eine elastische, radial nach außen gerichtete Dichtkraft F_ro und an der Dichtkante 62 eine radial nach innen gerichtete Dichtkraft F_ri zu erzeugen. Die radialen Dichtkräfte F_ro und F_ri wirken zusammen und erzeugen eine Fluiddichtung zwischen der Buchse 20 und der Stange 28, indem die Dichtkanten 39 und 62 in Eingriff mit der Stange 28 und der Buchse 20 gezwungen werden. Auf diese Weise wird durch die erfindungsgemäße Doppeldichtungsanordnung 10 während statischen Betriebsbedingungen eine fluiddichte Dichtung bereitgestellt.
Außerdem stehen die ringförmige Dichtkante 79 und die ringförmige Dichtkante 97 des zweiten Dichtelements 14 während statischen Betriebszuständen mit der sich axial erstreckenden Fläche 22 der Nut 16 bzw. mit der Außenfläche der Stange 28 in Kontakt, um eine sekundäre Fluiddichtung zwischen der Buchse 20 und der Stange 28 bereitzustellen. Wie im Fall des ersten Dichtelements 12 wird die in 3 durch einen Pfeil W_S2 dargestellte Breite des zweiten Dichtelements 14 zwischen den Dichtkanten 79 und 97 vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie größer ist als der in 1 durch die Linie W_G dargestellte Abstand zwischen der sich axial erstreckenden Fläche 22 der Nut 16 und der Außenfläche der Stange 28. Daher wird das zweite Dichtelement 14 an den Dichtkanten 79 und 97 radial zusammengedrückt, um an der Dichtkante 79 eine elastische, radial nach außen gerichtete Dichtkraft F_ro2 und an der Dichtkante 97 eine radial nach innen gerichtete Dichtkraft F_ri2 zu erzeugen. Die radialen Dichtkräfte F_ro2 und F_ri ₂ wirken zusammen und erzeugen eine sekundäre Fluiddichtung zwischen der Buchse 20 und der Stange 28, indem die Dichtkanten 79 und 97 in Eingriff mit der Stange 28 und der Buchse 20 gezwungen werden.
Vorzugsweise ist die Breite W_S des ersten Dichtelements 12 größer als die Breite W_S2 des zweiten Dichtelements 14. Daher sind die durch das erste Dichtelement 12 ausgeübten radialen Dichtkräfte F_ri und F_r _o vorzugsweise größer als die durch das zweite Dichtelement 14 ausgeübten radialen Dichtkräfte F_ri2 und F_ro2. Daher wird durch das erste Dichtelement 12 während statischen Betriebsbedingungen eine primäre Fluiddichtung für die erfindungsgemäße Doppeldichtungsanordnung 10 bereitgestellt.
Vorzugsweise ist die in 1 durch die Linie L_S dargestellte axiale Länge des ersten und des zweiten Dichtelements 12 und 14 kleiner als die in 1 durch die Linie L_G dargestellte Länge der sich axial erstreckenden Fläche 22 der Nut 16. Eine ringförmige innere Kammer 23 ist zwischen der axial inneren Fläche 42 des ersten Dichtelements 12 und der radialen Seitenwand 24 der Nut 16 angeordnet. Durch die ringförmige innere Kammer 23 wird ermöglicht, dass das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 in Antwort auf sich ändernde Betriebsbedingungen innerhalb der Nut 16 gleiten oder rutschen können, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Aufgrund des Vorhandenseins der inneren ringförmigen Kammer 23 sind außerdem keine engen Toleranzen zwischen der Nut und den Dichtelementen erforderlich, wodurch eine Montage mit fehlerhaften Toleranzen ermöglicht werden, so dass die für Personal erforderliche Ausbildung oder Übung minimiert wird.
In herkömmlichen Dichtungen werden zahlreiche elastische Dichtringe verwendet, die in der ringförmigen Nut der Buchse axial zusammengedrückt werden, um eine Fluiddichtung zwischen der Buchse und der Stange bereitzustellen. Wenn die Dichtringe verschleißen, wird auf die Dichtringe ein zusätzlicher axialer Druck ausgeübt, um die Stabilität und Unversehrtheit der Dichtung aufrechtzuerhalten. Dies wird typi scherweise unter Verwendung eines Klemmrings oder durch Zwingen von Beilagelementen in die Nut erreicht, um die Dichtringe in radialen Kontakt mit der Stange zu drücken. In der erfindungsgemäßen Doppeldichtungsanordnung 10 sind dagegen lediglich zwei Dichtelemente, das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14, erforderlich, um eine Dichtung herzustellen, so dass sie wirtschaftlicher oder rentabler ist als herkömmliche Dichtungen. Außerdem sind das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 derart konfiguriert, dass sie axial in der Nut 16 gleiten, so dass keine häufigen Einstellungen, d.h. kein axialer Druck, erforderlich ist, um eine wirksame Dichtung aufrechtzuerhalten.
4 zeigt die erfindungsgemäße Doppeldichtungsanordnung 10 während normalen Betriebsbedingungen. Normale Betriebsbedingungen bezeichnen Betriebsbedingungen, bei denen die Stange 28 sich bezüglich der Buchse 20 hin- und hergehend bewegt und bei denen der Fluiddruck am axial inneren Ende der Doppeldichtungsanordnung 10 größer ist als der Druck am axial äußeren Ende der Doppeldichtungsanordnung 10. Unter normalen Betriebsbedingungen ist die innere ringförmige Kammer 23 durch Hydraulik- oder Pneumatikfluid gefüllt, und der Zwischenraum 32 wird durch Fluid von einer externen Umgebung, z.B. Luft, gefüllt. Die Fluiddruckdifferenz zwischen dem Hydraulik- oder Pneumatikdruck im Inneren der inneren ringförmigen Kammer 23 und dem Umgebungsfluid im Zwischenraum 32 führt zu einer auf das erste Dichtelement 12 ausgeübten, axial nach außen gerichteten Netto-Fluidkraft, wie in 4 durch Pfeile F_A dargestellt ist. Die axiale Fluidkraft F_A wird über die durch die axial äußere Fläche 66 des ersten Dichtelements und die Grenzflächennut 92 des zweiten Dichtelements 14 gebildete Grenzfläche zum zweiten Dichtelement 14 übertragen. Aufgrund der axialen Kraft F_A werden das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 gegen die radiale Seitenwand 26 der Nut 16 axial zusammengedrückt.
Das erste Dichtelement 12 wandelt die axiale Druckkraft F_A in zwei radiale Dichtkräfte um, die in 4 durch Pfeile F_ro1 und F_ri1 dargestellt sind, indem es an den Dichtkanten 39 und 62 in Richtung der sich axial erstreckenden Wand 22 der Nut 16 bzw. der Stange 28 radial abgelenkt wird. Die in der axial inneren Fläche 42 des ersten Dichtelements 12 ausgebildete Nut 54 erleichtert die Ablenkung des ersten Dichtelements an den Dichtkanten 39 und 62. Wie vorstehend diskutiert wurde, ist das erste Dichtelement 12 vorzugsweise aus einem elastischen Material mit einer Härte hergestellt, die geringer ist als die Härte des elastischen Materials, aus dem das zweite Dichtelement 14 hergestellt ist. Aufgrund der geringeren Härte und eines entsprechend geringeren Elastizitätsmoduls des Materials, aus dem das erste Dichtelement 12 hergestellt ist, ergibt sich eine größere elastische radiale Ablenkung des ersten Dichtelements 12, wenn das erste Dichtelement 12 während eines Normalbetriebs durch Fluiddruck axial zusammengedrückt wird.
Die dem zweiten Dichtelement 14 über das erste Dichtelement 12 zugeführte axiale Druckkraft F_A wird auf analoge Weise zum ersten Dichtelement 12 in zwei in 4 durch Pfeile F_ro ₂ und F_r _i2 dargestellt radiale Kräfte umgewandelt. Das zweite Dichtelement 14 wird an den Dichtkanten 79 und 97 in Richtung der sich axial erstreckenden Wand 22 der Nut 16 bzw. der Stange 28 radial abgelenkt. Aufgrund der größeren Härte des Materials, aus dem das zweite Dichtelement 14 hergestellt ist, ist das Maß der radialen Ablenkung und damit die Stärke der radialen Dichtkräfte F_ro2 und F_ri2 kleiner als diejenige der dem ersten Dichtelement 12 zugeordneten radialen Dichtkräfte F_ro1 und F_ri1. Daher wird durch das erste Dichtelement 12 eine primäre Dichtung und durch das zweite Dichtelement 14 eine sekundäre Dichtung für die Doppeldichtungsanordnung 10 bereitgestellt.
In herkömmlichen Dichtungsanordnungen können auf die Dichtelemente ausgeübte axiale Kräfte dazu führen, dass Teile der Dichtelemente sich in den Zwischenraum zwischen der Buchse und der Stange bewegen werden, wodurch ein Fluidverlust auftritt. Durch Erhöhen der Härte des Materials, aus dem das zweite Dichtelement 14 hergestellt ist, setzt das zweite Dichtelement 14 der Bewegung sowohl des ersten als auch des zweiten Dichtelements 12 und 14 in den Zwischenraum zwischen der Buchse 32 und der Stange einen Widerstand entgegen oder verhindert sie.
Während des Normalbetriebs einer Vorrichtung befindet sich typischerweise ein dünner Fluidfilm auf den Dichtkanten 62 und 97 der Dichtelemente 12 bzw. 14. Durch diesen Fluidfilm wird eine Schmierung für die Dichtkanten 62 und 97 bereitgestellt, durch die eine glatte hin- und hergehende Bewegung der Stange 28 aufrechterhalten und der Verschleiß der Vorrichtung minimiert wird. Daher wird durch die Dichtungsanordnung 10 mit zwei Dichtelementen, durch die jeweils eine deutlich andere Funktion bereitgestellt wird, eine wirksame fluiddichte Dichtung bezüglich des Atmosphärendrucks bis zu einem Druck von mehr als 34,474 MPa (5000 Psi) bereitgestellt.
Durch die erfindungsgemäße Doppeldichtungsanordnung 10 wird in einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen, auch unter Druckumkehrbedingungen, eine fluiddichte Dichtung bereitgestellt. 5 zeigt die Funktionsweise der Doppeldichtungsanordnung 10 unter Druckumkehrbedingungen. Druckumkehrbedingungen bezeichnen Bedingungen, in denen der Druck an der unter normalen Betriebsbedingungen vorgesehenen Hochdruckseite der Doppeldichtungsanordnung, d.h. an der axial inneren Seite, unter den Druck an der unter normalen Be triebsbedingungen vorgesehenen Niedrigdruckseite der Dichtungsanordnung, d.h. an der axial äußeren Seite, absinkt.
Während Druckumkehrbedingungen hat das die innere ringförmige Kammer 23 füllende Hydraulik- oder Pneumatikfluid einen Druckwert, der niedriger ist als der Druck des externen Fluids an der axial äußeren Fläche 100 des zweiten Dichtelements 14. Die Fluiddruckdifferenz zwischen dem Hydraulik- oder Pneumatikfluid im Inneren der inneren ringförmigen Kammer 23 und dem Umgebungsfluid führt zu einer auf das zweite Dichtelement 14 ausgeübten, axial nach innen gerichteten Netto-Fluidkraft, wie in 5 durch die Pfeile F_I dargestellt ist. Die axiale Fluidkraft F_I wird über die durch die axial äußere Fläche 66 des ersten Dichtelements 12 und die Grenzflächennut 92 des zweiten Dichtelements 14 gebildete Grenzfläche auf das erste Dichtelement 12 übertragen. Durch die axiale Kraft F_I gleiten das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 axial in der Nut 16, bis die axial inneren Wände 44 und 52 des ersten Dichtelements 12 an der radialen Seitenwand 24 der Nut 16 anliegen. Wenn die axial inneren Wände 44 und 52 an der radialen Seitenwand 24 der Nut 16 anliegen, beginnt die axiale Kraft F_I das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 14 zusammenzudrücken.
Auf analoge Weise zu der vorstehend in Verbindung mit einer normalen Betriebsbedingung beschriebenen Weise wandeln das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 die axiale Druckkraft F_I in radiale Dichtkräfte um, wie in 5 durch Pfeile F_ro1, F_ri1, F_ro2 Und F_ri2 dargestellt ist, indem sie an den Dichtkanten 39, 79 bzw. 62, 79 in Richtung der sich axial erstreckenden Wand 22 der Nut 16 bzw. der Stange 28 radial abgelenkt werden. Wie im Fall normaler Betriebsbedingungen werden durch das weichere erste Dichtelement 12 größere radiale Dichtkräfte erzeugt, wodurch die primäre Dichtung für die Doppeldichtungsanordnung 10 bereitgestellt wird.
Bei Druckumkehrbedingungen ist die Netto-Druckdifferenz zwischen dem Hydraulik- oder Pneumatikfluid und dem externen Fluid im Vergleich zur Netto-Druckdifferenz bei normalen Betriebsbedingungen minimal. Typischerweise beträgt die Netto-Druckdifferenz bei Druckumkehrbedingungen in der Größenordnung von 103,42 kPa (15 Psi), im Vergleich dazu liegen die Netto-Druckdifferenzen bei normalen Betriebsbedingungen in der Größenordnung von 6,89–34,474 MPa (1000–5000 Psi). Aus diesem Grunde ist die Bewegung des ersten Dichtelements 12 in den Zwischenraum 33 unter Druckumkehrbedingungen nicht wesentlich. Daher sind die durch die axial inneren Flächen 44 und 57 des ersten Dichtelements 12 bereitgestellten flachen Flächen, die an der axialen Seitenwand 24 der Nut 16 anliegen, ausreichend, um die Bewegung des ersten Dichtelements 12 in den Zwischenraum 33 zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die in 6 durch die Linie D dargestellte axiale Länge der in der axial inneren Fläche 42 des ersten Dichtelements 12 ausgebildeten Nut 54 derart ausgewählt, dass eine radiale Ablenkung des ersten Dichtelements 12 an den Dichtkanten 39 und 62 ermöglicht wird, wenn das erste Dichtelement 12 axial zusammengedrückt wird. Wie vorstehend diskutiert wurde, führt die radiale Ablenkung des ersten Dichtelements 12 zu erhöhten radialen Dichtkräften an den Dichtkanten 39 und 62, um eine verbesserte Fluiddichtung gegen die sich axial erstreckende Fläche 22 der Nut 16 bzw. die Stange 28 zu erhalten. Es ist jedoch wichtig, die Größe der durch das erste Dichtelement 12 erzeugten radialen Dichtkräfte zu begrenzen, um einen vorzeitigen Verschleiß des Dichtelements zu verhindern. Beispielsweise kann, wenn die radialen Dichtkräfte zu groß werden, durch die resultierenden Reibungskräfte zwischen der Dichtkante 62 und der Stange 28 veranlaßt werden, dass Abschnitte des ersten Dichtelements 12 abgeschert werden.
Um einen vorzeitigen Verschleiß der Dichtelemente zu verhindern, ist es bevorzugt, wenn die axiale Länge D der Nut 54 folgende Beziehung erfüllt: (C – D)/D ≤ 0,25, (1)wobei C die axiale Länge der Dichtkante 62 bezeichnet, wie in 6 dargestellt ist. Durch die durch die Formel (1) erhaltene Beziehung zwischen der Länge D der Nut 54 und der Länge C der Dichtkante 62 wird eine ausreichende radiale Ablenkung des ersten Dichtelements 12 ermöglicht, um eine geeignete Fluiddichtung an den Dichtkanten 39 und 62 bereitzustellen, während gleichzeitig verhindert wird, dass sich zwischen der Dichtkante 62 und der Stange 28 erhöhte Reibungskräfte entwickeln, die zu einem frühzeitigen Verschleiß des ersten Dichtelements 12 führen können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können das erste und das zweite Dichtelement 12 und 14 geteilt sein, um die Montage, den Austausch, die Überwachung oder die Prüfung der Doppeldichtungsanordnung 10 zu erleichtern. Insbesondere können die Montage, der Austausch und die Prüfung der geteilten Dichtelemente 12 und 14 der Doppeldichtungsanordnung 10 ausgeführt werden, ohne dass eine vollständige Betriebsunterbrechung des Hydraulik- und Pneumatiksystems erforderlich ist, und ohne dass die Dichtelemente über ein Ende der Stange 28 geführt werden müssen.
Die 7A–7C zeigen ein geteiltes erstes Dichtelement 12. Das erste Dichtelement 12 ist an einer Trennfläche 100 geteilt, wodurch bogenförmige Dichtabschnitte 102 und 104 gebildet werden, die an der Trennfläche 100 über komplementäre, ineinandergreifende Verbindungskanten 106 und 108 miteinander verbunden sind. Die erste und die zweite Verbindungskante 106 und 108 haben eine im allgemeinen nicht-planare oder nicht-lineare Struktur, um die Verblockung der Dichtabschnitte 106 und 108 im zusammengesetzten oder montierten Zustand zu unterstützen. Die erste Verbindungskante 106 weist eine im allgemeinen planare, sich axial erstreckende Fläche 110 und einen durch eine erste und eine zweite schräge Fläche 114 und 116 gebildeten hervorstehenden, nicht-planaren Abschnitt 112 auf. Die zweite Verbindungskante 108 weist eine im allgemeinen planare, sich axial erstreckende Fläche 118 und einen vertieften, nicht-planaren Abschnitt 120 mit einer bezüglich dem hervorstehenden nichtplanaren Abschnitt 112 der ersten Verbindungskante 106 komplementären Form auf. Der vertiefte, nicht-planare Abschnitt 120 der zweiten Verbindungskante 108 wird durch eine erste und eine zweite schräge Fläche 122 und 124 gebildet. Obwohl nicht dargestellt, kann das zweite Dichtelement 14 auf analoge Weise wie das erste Dichtelement 12 geteilt sein.
Alternativ können die bogenförmigen Dichtabschnitte 102 und 104 an einer zweiten Trennfläche geteilt sein, um zu ermöglichen, dass die Dichtabschnitte 102 und 104 in zwei getrennte Dichtabschnitte vollständig getrennt werden können. Für Fachleute ist ersichtlich, dass die Dichtelemente auch an weiteren Stellen getrennt sein können, z.B. an drei oder mehr Trennflächen, um mehrere miteinander verbundene bogenförmige Dichtabschnitte herzustellen.
Es ist wichtig, dass die erste und die zweite Verbindungskante 106 und 108 in der Nähe der Dichtkante 62 Kontakt halten, um einen Fluidverlust zwischen dem ersten Dichtelement 12 und der Stange 28 zu vermeiden. Die erste und die zweite Verbindungskante 106 und 108 sind daher in einer Verblockungsanordnung konfiguriert, um während des Betriebs eine fluiddichte Verbindung an der Trennfläche 100 in der Nähe der Dichtkante 62 aufrechtzuerhalten und Fluidverlust zu vermeiden. Insbesondere wirken die nicht-planaren Ab schnitte 112 und 120 der ersten und der zweiten Verbindungskante 106 und 108 zusammen, um eine Trennung der Planaren Flächen 110 und 118 der ersten und der zweiten Verbindungskante 106 und 108 zu verhindern.
Die Zusammenwirkung der nicht-planaren Abschnitte 112 und 120 der ersten und der zweiten Verbindungskante 106 und 108 ist in den 8A und 8B dargestellt. 8A zeigt die axial nach außen gerichtete Bewegung der Stange 28, wie durch einen Pfeil E dargestellt ist, und die auf das erste Dichtelement 12 ausgeübten Kräfte, wie durch Pfeile R₁ und R₂ dargestellt ist, an der Trennfläche 100. Die ersten schrägen Flächen 114 und 122 der nicht-planaren Abschnitte 112 bzw. 120 wirken zusammen, um eine durch die Kräfte R₁ und R₂ verursachte relative axiale Bewegung der Planaren Flächen 110 und 118 der ersten und der zweiten Verbindungskante 106 und 108 zu verhindern. Dadurch wird eine Trennung der Planaren Flächen 110 und 118 und ein damit verbundener Fluidverlust verhindert.
8B zeigt die durch einen Pfeil G dargestellte, axial nach innen gerichtete Bewegung der Stange 28 und die durch Pfeile R₁ und R₂ dargestellten, auf das erste Dichtelement 12 ausgeübten Kräfte an der Trennfläche 100. Die zweiten schrägen Flächen 116 und 124 der nicht-planaren Abschnitte 112 bzw. 120 wirken zusammen, um eine durch die Kräfte R₁ und R₂ verursachte relative axiale Bewegung der planaren Flächen 110 und 118 der ersten und der zweiten Verbindungskante 106 und 108 zu verhindern. Dadurch wird eine Trennung der Planaren Flächen 110 und 118 und ein damit verbundener Fluidverlust verhindert.
Obwohl vorstehend exemplarische Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Doppeldichtungsanordnung 10 in Verbindung mit einer hin- und hergehend beweglichen Stange beschrieben worden ist, ist für Fachleute ersichtlich, dass die Doppel dichtungsanordnung 10 in alternativen Anwendungen verwendet werden kann, z.B. zum Bereitstellen einer Fluiddichtung um eine rotierende oder Drehwelle.
Anhand der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass durch die vorliegende Erfindung die vorstehend erwähnten Aufgaben geeignet gelöst werden können. Innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung können bestimmte Änderungen der vorstehend beschriebenen Konstruktion vorgenommen werden, so dass klar ist, dass der Inhalt der vorstehenden Beschreibung oder der beigefügten Zeichnungen lediglich zur Erläuterung dient und nicht im einschränkenden Sinne interpretiert werden soll.

Claims

Doppelte Dichtungsanordnung (10) zum Herstellen einer Dichtung zwischen einer Stange (28) und einer Buchse (20), wobei die Stange (28) entlang einer Längsachse verläuft, die doppelte Dichtung (10) beinhaltet Folgendes: ein erstes ringförmiges Dichtelement (12), das aus einem Material mit einer ersten Härte und mit einer Dichtkante (62) gefertigt ist, welche die Stange (28) berührt, um eine Dichtung zwischen dem ersten Dichtelement (12) und der Stange (28) herzustellen, und ein zweites ringförmiges Dichtelement (14), das axial angrenzend an dem ersten ringförmigen Dichtelement (12) positioniert ist, wobei das zweite ringförmige Dichtelement (14) aus einem Material mit einer zweiten Härte, die sich von der ersten Härte unterscheidet, und mit einer Dichtkante gefertigt ist, welche die Stange (28) berührt, um eine Dichtung zwischen dem zweiten Dichtelement (14) und der Stange (28) herzustellen, wobei die Buchse (20) eine Nut (16) enthält, die in derselben gebildet ist, und nur das erste (12) und das zweite (14) ringförmige Dichtelement innerhalb der Nut (16) angeordnet sind, um die doppelte Dichtung (10) zu bilden, und dadurch gekennzeichnet, dass von dem ersten (12) und dem zweiten (14) ringförmigen Dichtelement mindestens eines an einer Schnittstelle zertrennt ist, um erste (106) und zweite (108) Verbindungskanten zu bilden, die ineinander greifen, um eine Trennung des Dichtelements an der Schnittstelle zu verhindern.
Anordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das erste ringförmige Dichtelement (12) axial nach innen von dem zweiten ringförmigen Dichtelement (14) positioniert ist und wobei die Härte des Materials, welches das erste ringförmige Dichtelement (12) bildet, geringer ist als die Härte des Materials, welches das zweite ringförmige Dichtelement (14) bildet.
Anordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Härte des Materials, welches das zweite ringförmige Dichtelement (14) bildet, zwischen ungefähr 50 Shore A und ungefähr 25 Shore D liegt.
Anordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Härte des Materials, welches das zweite ringförmige Dichtelement (14) bildet, ungefähr 95 Shore A beträgt.
Anordnung (10) nach Anspruch 2, wobei die Härte des Materials, welches das erste ringförmige Dichtelement (12) bildet, ungefähr zwischen 50 Shore A und 95 Shore A liegt.
Anordnung (10) nach Anspruch 5, wobei die Härte des Materials, welches das erste ringförmige Dichtelement (12) bildet, ungefähr 85 Shore A beträgt.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste ringförmige Dichtelement (12) eine erste Dichtkante (62) zum Verrasten der Stange (28) hat, wobei die erste Dichtkante (62) von einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die sich schneiden, gebildet wird, wobei von der ersten (58) und der zweiten (60) Oberfläche, die sich schneiden, mindestens eine bezüglich der Längsachse der Stange (28) in einem Winkel ausgerichtet ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 7, wobei das erste ringförmige Dichtelement (12) eine zweite Dichtkante (39) zum Verrasten der Buchse (20) hat, wobei die zweite Dichtkante (39) von einer dritten (38) und einer vierten (40) Oberfläche, die sich schneiden, gebildet wird, wobei von der dritten (38) und der vierten (40) Oberfläche, die sich schneiden, mindestens eine bezüglich der Längsachse der Stange (28) in einem Winkel ausgerichtet ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 8, wobei die erste Dichtkante (62) und die zweite Dichtkante (39) radial entgegengesetzt sind und durch eine Nut (54) getrennt sind, die in einer radial verlaufenden Oberfläche des ersten ringförmigen Dichtelements (12) gebildet ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 9, wobei die Nut (54) axial zu einer Tiefe D verläuft und die erste Dichtkante (62) eine axiale Länge C hat, wobei das Verhältnis zwischen der Nuttiefe D und der axialen Länge C der ersten Dichtkante (C – D)/D ≤ 0.25 ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8–10, wobei das zweite ringförmige Dichtelement (14) eine dritte Dichtkante zum Verrasten der Stange (28) und eine vierte Dichtkante, welche der dritten Dichtkante radial entgegengesetzt ist, zum Verrasten der Buchse (20) hat, wobei die dritte Dichtkante (97) und die vierte Dichtkante (79) jeweils von einem Paar sich schneidender Oberflächen gebildet werden, wobei mindestens eine der sich schneidenden Oberflächen eines jedes Paares sich schneidender Oberflächen in einem Winkel bezüglich der Längsachse der Stange (28) ausgerichtet ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 11, wobei die dritte Dichtkante (97) und die vierte Dichtkante (79) durch eine dazwischenliegende Nut (92) getrennt sind, welche in einer radial verlaufenden Oberfläche des zweiten ringförmigen Dichtelements (14) gebildet ist, wobei Größe und Form der dazwischenliegenden Nut (92) so bestimmt sind, dass diese ein Teilstück des ersten ringförmigen Dichtelements (12) aufnimmt.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1–12, wobei das Material, welches das erste ringförmige Dichtelement (12) bildet, und das Material, welches das zweite ringförmige Dichtelement (14) bildet, ein Elastomer-Material ist.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1–13, wobei das Material, welches das erste ringförmige Dichtelement (12) bildet, und das Material, welches das zweite ringförmige Dichtelement (14) bildet, Polyurethan ist.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1–14, wobei die erste Verbindungskante (106) ein axial verlaufendes planes Teilstück (110) und ein nicht planes Teilstück (112) enthält und wobei die zweite Verbindungskante (108) ein axial verlaufendes planes Teilstück (118) und ein nicht planes Teilstück (120) enthält, wobei das nicht plane Teilstück (112) der ersten Verbindungskante (106) in seiner Form das nicht plane Teilstück (120) der zweiten Verbindungskante (108) ergänzt.
Anordnung nach Anspruch 15, wobei das nicht plane Teilstück (112, 120) der ersten (106) und der zweiten (108) Verbindungskante ein erstes und ein zweites Schnittsegment enthält, die jeweils in einem Winkel zu der Längsachse der Stange (28) verlaufen.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1–16, wobei das erste (12) und das zweite (14) ringförmige Dichtelement mit einer Schnittstelle verbunden sind, wobei das zweite ringförmige Dichtelement (14) eine im allgemeinen radial verlaufende Oberfläche gegenüber der Schnittstelle zwecks Verrasten mit der Buchse während Normalfunktion hat.
Anordnung (10) nach Anspruch 1, wobei das Material, welches das erste ringförmige Dichtelement (12) bildet, und das Material, welches das zweite ringförmige Dichtelement (14) bildet, das selbe Material mit unterschiedlichen Härtewerten ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 18, wobei das Material, welches das erste ringförmige Dichtelement (12) bildet, und das Material, welches das zweite ringförmige Dichtelement (14) bildet, Polyurethan ist.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1–19, wobei das erste ringförmige Dichtelement (12) an einer einzigen Schnittstelle (100) zertrennt ist, um zwei teilweise verbundene bogenförmige Dichtsegmente zu bilden.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1–20, wobei das erste Dichtelement an einer zweiten Schnittstelle zertrennt ist, um zwei trennbare bogenförmige Dichtsegmente zu bilden.
Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1–21, wobei die erste Verbindungskante (106) einen Vorsprung (112) hat, der von derselben ausgeht, und die zweite Verbindungskante (108) eine Einbuchtung (120) hat, die in derselben gebildet ist, wobei sich die Einbuchtung in ihrer Form mit dem Vorsprung ergänzt.
Anordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Buchse (20) eine ringförmige Nut hat, die in derselben gebildet ist, wobei die ringförmige Nut (16) durch eine erste (24) und eine zweite (26) Seitenwand begrenzt wird, welche radial verlaufen und durch eine axial verlaufende Oberfläche (22) getrennt sind, das erste ringförmige Dichtelement (12) eine innere axiale Oberfläche (42) mit einem Paar radial auseinanderliegender flacher Oberflächen (44, 52) hat, und das erste ringförmige Dichtelement (12) und das zweite ringförmige Dichtelement (14) so in der Nut (16) positioniert sind, dass mindestens ein Teilstück des zweiten ringförmigen Dichtelements (14) die zweite radial verlaufende Seitenwand (26) der Nut (16) als Reaktion auf eine erste Druckbedingung verrastet und die flachen Oberflächen (44, 52) des ersten Dichtelements (12) die erste radial verlaufende Seitenwand (24) der Nut (16) als Reaktion auf eine zweite Druckbedingung verrasten, die sich von der ersten Druckbedingung unterscheidet.
Anordnung nach Anspruch 16, wobei die erste Druckbedingung durch einen höheren Fluiddruck auf eine axial innere Seite der doppelten Dichtung (10) nächst dem ersten ringförmigen Dichtelement (12) als auf einer axial äußeren Seite der doppelten Dichtung (10) nächst dem zweiten ringförmigen Dichtelement (14) gekennzeichnet ist.
Anordnung nach Anspruch 24, wobei die zweite Druckbedingung durch einen niedrigeren Fluiddruck auf eine axial innere Seite der doppelten Dichtung (10) nächst dem ersten ringförmigen Dichtelement (12) als auf eine axial äußere Seite der doppelten Dichtung (10) nächst dem zweiten ringförmigen Dichtelement (14) gekennzeichnet ist.