WO2002101265A9

WO2002101265A9 - Dichtungselement und dichtungsanordnung mit geringer leckrate

Info

Publication number: WO2002101265A9
Application number: PCT/DE2002/002114
Authority: WO
Inventors: Bernd Halbrock; Harald Twardawski; Thomas Luft; Michael M Huck
Original assignee: Eaton Fluid Power GmbH
Current assignee: Eaton Fluid Power GmbH
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2003-12-12
Also published as: WO2002101265A1; EP1395765A1; DE10128440A1

Abstract

Zum Aufbau einer verbesserten Dichtungsanordnung (1) ist ein Dichtungselement (19) vorgesehen, das wenigstens einen Fussabschnitt (34) aufweist. Dieser ist von einem Stegabschnitt (31) in Axialrichtung federnd mit einem Grundkörperabschnitt (24) verbunden, der ähnlich einem O-Ring aufgebaut sein kann. Die axiale Federwirkung des Stegabschnitts (31) verhindert, dass der Fussabschnitt (34) von dem abzudichtenden Ringspalt abgehoben wird. Auf diese Weise bietet das Dichtungselement (19) dem abzudichtenden Fluid nur eine äusserst geringe Fläche dar, die der Querschnittsfläche des Ringspalts entspricht. Somit können sich nur geringste Fluidmengen in dem Elastomer des einstückig ausgebildeten Dichtungselements (19) lösen und dieses durchwandern. Das erfindungsgemässe Dichtungselement ermöglicht darüber hinaus die Unterstützung der Dichtwirkung durch eine so genannte aktive Dichtung. Bei dieser wird jedoch kein Teil des Dichtungselements von dem abzudichtenden Ringspalt wegbewegt. Vielmehr wird ein vorhandener Hohlraum (48) durch das Fluid druckbeaufschlagt und dichtet somit sowohl den zum Aufnahmeraum (18) hinführenden Ringspalt als auch den wegführenden Ringspalt ab.

Description

Dicht-ünq-selement und Dichtuncrsanordnunq- mit crerinσer Leckrate

Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement und eine Dichtungsanordnung.

Zur Abdichtung von fluidführenden Systemen, beispielsweise Hydrauliksystemen oder Pneumatiksystemen, sind aus einem Elastomermateriarl bestehende Dichtungselemente bekannt, die meist eine hinreichende Abdichtung liefern. Beispielsweise sind O-Ringe bekannt, die einen kreisförmigen Schnurdurchmesser aufweisen und zwischen Dichtflächen unter Quetschung ihres Querschnitts eingebaut werden. Die Dicht- Wirkung dieser O-Ringe beruht in der Regel darauf, dass der betreffenden O-Ring unter dem Druck des abzudichtenden Mediums gegen den abzudichtenden Spalt gedrückt wird und diesen somit verschließt. Damit wird für viele technische Anwendungen die erforderliche Dichtigkeit erreicht.

Des Weiteren sind Dichtungsringe mit rechteckigem oder quadratischem Schnurquerschnitt bekannt, die gelegentlich als „Kantseal" bezeichnet werden. Solche Dichtungsringe eignen sich als statische Abdichtung. Relativ problematisch sind aus Elastomer bestehende Dichtungselemente jedoch immer dann, wenn das abzudichtende Fluid dazu neigt, das Elastbmermaterial zu durchwandern (Diffusion) . Bei Anwendungen, in denen ein Fluidverlust auch über Jahre hinweg gering gehalten werden muss, beispielsweise KFZ-Klimaanla- gen oder ähnliche Anwendungen, können solche geringste Leckraten schon Schwierigkeiten bereiten.

Darüber hinaus kommt es häufig darauf an, dass Dichtungen beispielsweise bei Steckverbindungs-Kupplungssyste- men mit geringen Kräften, z.B. geringen axialen Einsteckkräften, hergestellt und getrennt werden können. Dies macht sich insbesondere bei der Massenmontage von Klimaanlagen oder sonstigen fluidführenden Systemen, beispielsweise im Automobilbau, bemerkbar. Eine zu große erforderliche Montagekraft verteuert die Montage häufig spürbar.

Daraus leitet sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ab, ein Dichtungselement bzw. eine Dichtungsanordnung zu schaffen, die wenigstens einen der vorgenannten Nachteile mildert. Diese Aufgabe wird mit dem Dichtungselement nach Anspruch 1 und der Dichtungsanordnung nach Anspruch 15 gelöst, die insbesondere für ruhende Dichtungen geeignet ist.

Das erfindungsgemäße Dichtungselement weist einen ringförmigen Grundkörperabschnitt, einen sich daran anschließenden Stegabschnitt und einen von dem Stegabschnitt getragenen Fußabschnitt auf. Der Fußabschnitt und der Grundkörperabschnitt bilden beide- eweils ein Dichtungsmittel. Der Fußabschnitt ist dabei vorzugsweise dem abzudichtenden Fluid zugewandt und in Axialrichtung dünner als der Grundkörperabschnitt. Er dient dazu, einen Zylinderspalt' zwischen zwei Teilen, zwischen denen die Abdichtung zu bewirken ist, abzudichten. Dazu liegt der Fußabschnitt

vorzugsweise unter Vorspannung an dem Spalt an. Dies bewirkt, dass dem Fluid, auch wenn dieses Druck auf den Grundkörperabschnitt ausübt, nur eine geringe Fläche des Fußabschnitts ausgesetzt ist. Somit kann die sich durch Diffusion ergebende Leckrate sehr gering gehalten werden.

Der Stegabschnitt dient dazu, den Fußabschnitt unter federnder Vorspannung an den abzudichtenden Spalt, bzw. die abzudichtende Fuge anzudrücken. Die Vorspannung ist dabei vorzugsweise so bemessen, dass der Fußabschnitt nicht von dem Spalt abhebt. Auf diese Weise wird die erwähnte gute Abdichtung erreicht. Andererseits sind die Reibkräfte, die das Dichtungselement einer axialen Verschiebung der abgedichteten Teile entgegensetzt, geringer als bei Verwendung mehrerer O-Ringe. Das erfindungsgemäße Dichtungselement kombiniert somit die Vorteile hoher und zuverlässiger Dichtigkeit mit dem Vorteil geringer Montage- und Demöntage- kräfte. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass das erfin- dungsgemäße Dichtungselement relativ unempfindlich gegen mindere Oberflächenqualitäten der abzudichtenden Teile ist. Dies wird insbesondere erreicht, wenn das Dichtungselement ein gewisses Übermaß aufweist, d.h. sowohl in Axialrichtung als auch in Radialrichtung größer ist als die zur Verfügung stehende Nut .

Der Stegabschnitt schließt vorzugsweise an dem inneren Rand und/oder an dem äußeren Rand des Grundkörperabschnitts an diesen an. Dies ermöglicht die Ausübung einer Federkraft (der Stegabschnitt wirkt als Feder) unmittelbar auf den Bereich des Fußabschnitts, der an einen abzudichtenden Spalt anzudrücken ist. Dieser ist in der Regel auf einem Radius anzutreffen, der dem Innenumfang oder dem Außenumfang des Grundkörperabschnitts entspricht. .

Es ist darüber hinaus möglich, sowohl an dem äußeren Rand als auch an dem innerem Rand einen Stegabschnitt vorzusehen, der an seinem freien Ende jeweils in einen Fußabschnitt übergeht. Dies ermöglicht die Schaffung eines Mehrzweckdichtungsele ents, das sowohl Dichtungsspalte abdichtet deren Radius mit dem Innendurchmesser des Grundkörperabschnitts übereinstimmt als auch solche, deren Durchmesser mit dem Außendurchmesser des Grundkörperabschnitts übereinstimm .

Ist nur ein Fußabschnitt vorgesehen, weist dieser, vorzugsweise in Radialrichtung gemessen, die gleiche Höhe auf wie der Grundkörperabschnitt. Sind zwei Fußabschnitte an sich im Wesentlichen parallel zueinander erstreckenden Stegen vorgesehen, ist' die Summe der beiden Höhen der Fußabschnitte vorzugsweise etwa so groß wie der Durchmesser des Grundkörperabschnitts. Damit füllt der Fußabschnitt bzw. füllen die Fußabschnitte eine Ringnut zur Aufnahme des Dichtungselements nahezu vollständig aus. Die beim Fügen der Dichtung erfolgende radiale Quetschung und Verformung des Grundkörperabschnitts betrifft auch den Fußabschnitt. Der Fußabschnitt kann eine gewisse Wölbung haben, die ein seitliches axiales Ausfedern und somit ein radiales Zusammendrücken mit relativ geringen Kräften gestattet. Desgleichen kann der Stegabschnitt eine Wölbung aufweisen, die ein seitliches Ausfedern (in Radialrichtung) gestattet, wenn das Dichtungselement in Axialrichtung zusammengedrückt wird. Dies ist beispielsweise beim Zusammenfügen von abzudichtenden Teilen der Fall.

'Der Fußabschnitt ist an seinem Innenumfang und an seinem Außenumfang vorzugsweise mit Ringflächen versehen, die eine konische oder zylindrische Form haben. Dies ergibt eine flächige Anlage an den Dichtflächen. Sind zwei Fußabschnitte vorgesehen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, sind die Fußabschnitte an ihren aufeinander zu weisenden Flächen vorzugsweise mit zueinander passenden Flächen, beispielsweise Zylinderflächen versehen, um eine gute Anlage aneinander zu ermöglichen. Alternativ können hier auch gewölbte (thorische) Flächen vorgesehen werden.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung nutzt das Dichtungseiement nach Anspruch 1 oder eine Weiterbildung des Dichtungselements nach einem der ünteransprüche . Sie ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die beiden Teile durch ein an seiner Außenseite zylindrisches Rohrende mit einem radial nach außen ragenden Flansch und als Gegenstück ein Sockel mit einer darin vorgesehenen Aufnahmeöffnung und einer Ringschulter ausgebildet sind. In Radialrichtung wird das Dichtungselement zwischen der zylindrischen Innenfläche der Aufnahmeöffnung und der zylindrischen Außenfläche des Rohrendes gequetscht. In Axialrichtung erhält das Dichtungselement seinen Druck zwischen der ringförmigen Stirnfläche des Flanschs und der ringförmigen von der in der Öffnung des Sockels vorgesehenen Stufe gebildeten Fläche. Die Maße sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass in eingebautem Zustand in dem Dichtungselement ein Hohlraum verbleibt. Dieser kann von dem abzudichtenden Fluid gefüllt werden und drückt so das Dichtungselement allseits nach außen. Dies bewirkt eine zusätzliche Abdichtung, ohne dass das Dichtungselement von dem unter Druck stehenden abzudichtenden Spalt abheben und dadurch eine größere Fläche dem Druck zustrebenden Fluid exponieren würde.

Im Ergebnis wird eine mit geringen Betätigungskräften herzustellende toleranzunempfindliche Dichtungsanordnung mit absolut geringer Leckrate geschaffen.

Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung mit einem neuartigen Dichtungselement in aufgeschnittener, perspektivischer Darstellung,

Figur 2 die Dichtungsanordnung nach Figur 1 in längsgeschnittener Darstellung,

Figur 3 das Dichtungselement der Dichtungsanordnung nach den Figuren 1 und 2 in geschnittener Darstellung, Figur 4 eine abgewandelte Ausführungsform eines Dichtungselements gemäß der Erfindung in Schnittdarstellung,

Figur 5 eine Dichtungs.anordnung mit einem Dichtungselement nach Figur 4 in längsgeschnittener Darstellung,

Figur β eine abgewandelte Ausführungsform des Dichtungselements nach Figur 3 in geschnittener Darstellung,

Figur' 7 eine weitere abgewandelte Ausführungsform des

Dichtungselements in geschnittener Darstellung,

Figur 8 eine weitere Ausführungsform eines Dichtungselements in geschnittener Darstellung,

Figur 9 eine weitere Ausführungsform des Dichtungselements in Schnittdarstellung und

Figur 10 eine Dichtungsanordnung für eines der Dichtungselemente nach den Figuren 6 bis 9, veranschaulicht mit dem Dichtungselement nach Figur 8 in Schnittdarsteilung.

In Figur 1 ist eine Dichtungsanordnung 1 veranschaulicht, wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeug-Klimaanlagen oder anderen auf Dauer hermetisch dicht abzuschließen- den fluidführenden Systemen Anwendung finden kann, die unter Druck stehen. Zu der Dichtungsanordnung 1, die z.B. als Schnellkupplung ausgebildet ist, gehört ein Rohrende 2, das in einen Anschlusssockel 3 eingeführt und gegen diesen abgedichtet ist. Das Rohrende 2 weist eine zylindrische Außenfläche 4 auf, von der _ein Flansch 5 in Radialrichtung wegragt. Der Flansch 5 dient als Anschlagmittel zur Abstüt- zung eines Ringelements 6, das auf der Außenfläche 4 des Rohrendes 2 sitzt. Es stützt sich mit einer Stirnseite an dem Flansch 5 ab und weist auf der gegenüber liegenden Seite eine plane, ringförmige Stirnfläche 7 auf.

Der Anschlusssockel 3 weist eine zentrale Öffnung 8 auf, deren zylindrische Innenfläche 9 einen Innendurchmesser aufweist, der nur geringfügig größer ist als der Außen- durchmesser der Außenfläche 4. An der Innenfläche 9 ist eine ringförmige, radial nach innen vorstehende Rippe 11 ausgebildet, die als Anschlag für das stirnseitige Ende 12 des Rohrendes 2 dient. Die Rippe 11 begrenzt die Einstecktiefe des Rohrendes 2 in den Anschlusssockel 3.

Die Öffnung 8 geht in einer Stufe 13 auf einen größeren Durchmesser über und erstreckt sich dann wiederum mit einer Zylinderfläche 14 koaxial zu dem Rohrende 2 bis zu einer weiteren Stufe 15. Diese dient als Anlagefläche für einen nach außen weisenden Ringflansch lβa, der an dem Ringelement 6 ausgebiϊdet ist. Die Rippe 11 dient als Anschlag für das Rohrende 2. Im Anschluss an die Stufe 15 geht der Anschlusssockel 3 in einen hülsenartigen Abschnitt 16 über, der mit einer Querbohrung 17 versehen ist. Die Querbohrung 17 ist etwa auf der Höhe des Flanschs 5 angebracht und kann zu dessen Arretierung beispielsweise mittels einer nicht weiter veranschaulichten Steckfeder dienen, die ein axiales Herausziehen des Rohrendes 2 aus der Öffnung 8 verhindert. Die Steckfeder drückt dazu außerdem das Ringelement β soweit in Axialrichtung, dass sein Ringflansch lβa an der Stufe 15 vorgespannt anliegt. Alternativ kann auch eine andere axiale Spanneinrichtung vorgesehen sein, um das Rohrende 2 in dem Anschlusssockel 3 zu halten und zu arretieren. Die Querböhrung 17 dient dann lediglich der Kontrolle (Indikation) der Verriegelung. In jedem Fall hält die Verriege- lungs^'vorrichtung das Rohrende 2 so m dem Anschlusssockel 3, dass der Ringflansch lβa an der Stufe 15 anliegt.

Zwischen der Stirnfläche 7 einerseits und der Stufe 13 andererseits, ist ein Aufnahmeraum 18 für ein Dichtungselement 19 in Axialrichtung begrenzt. Radial nach außen ist der Aufnahmeraum 18 von der Zylinderfläche 14 begrenzt, während er nach innen von der Außenfläche 4 begrenzt ist. Der Aufnahmeraum 18 hat somit einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und ist ringförmig. Der Aufnahmeraum 18 schließt unmittelbar an einen Ringspalt 20 an, der zwischen der Außenfläche 4 und der Innenfläche 9 ausgebildet ist. Außerdem schließen an den Aufnahmeraum 18 ein äußerer Ringspalt 21 und ein innerer Ringspalt 22 an. Der äußere Ringspalt 21 ist zwischen der zylindrischen Außenumfangsfläche des Ringelements 6 und'der Zylinderfläche 14 ausgebildet. Der innere Ringspalt 22 ist zwischen der Außenfläche 4 und der Innenumfangsflache des Ringelements 6 ausgebildet. Beide Ringspalten führen von dem Aufnahmeraum 18 ins Freie. Das Dichtungselement 19 ist gesondert in Figur 3 veranschaulicht. Es weist einen Grundkörperabschnitt 24 auf, der einen etwa runden Querschnitt aufweist. Insoweit entspricht der Querschnitt des Grundkörperabschnitts etwa dem Querschnitt eines O-Rings - der Schnurdurchmesser des etwa thorusförmigen und somit zu einer Symmetrieachse 25 symmetrischen Grundkörperabschnitts 24 ist kreisförmig oder oval. Somit weist der Grundkörperabschnitt 24 eine gewölbte Innenumfangsfläche 26, eine gewölbte Außenu fangsfläche 27 und eine gewölbte Stirnfläche 28 auf.

An die Innenumfangsfläche 26 schließt sich an ihren Rand .29 ein Stegabschnitt 31 an, der sich als etwa rohrför- miger Ring konzentrisch zu der Symmetrieachse 25. von dem Gruncf'l.örperabschnitt 24 wegerstreckt. Der Stegabschnitt 31 weist dabei an seiner radial nach innen weisenden Seite eine konkav gewölbte Fläche 32 auf, die bei dem Rand 29 in die Innenumfangsfläche 26 übergeht.

An seiner radial nach außen weisenden Seite ist der Stegabschnitt 31 ebenfalls durch eine konkav gewölbte Fläche 33 begrenzt. Endseitig trägt der Stegabschnitt 31 einen ringförmigen Fußabschnitt 34. Dieser schließt stirnseitig mit einer Planfläche 35 ab. Seine Innenumfangsfläche '36 ist eine Zylinderfläche. Dieses gilt entsprechend für seine Außenumfangsflache 37. Damit ist die Verwendung sowohl außen - als auch innen dichtend möglich.

Die konvex gewölbte Außenu fangsfläche 27 des Grundkörperabschnitts 24 geht bei einem Rand 38 in eine konkav gewölbte Außenfläche 39 eines äußeren Stegabschnitts 41 über. Dieser erstreckt sich konzentrisch zu der Symmetrieachse 25 in Axialrichtung von dem Grundkörperabschnitt 24 weg. An seiner Innenumfangsfläche 42 ist er konkav gewölbt. Er trägt an seinem freien Ende einen Fußabschnitt 44, dessen Stirnfläche als Planfläche 45 ausgebildet ist. Seine Innenumfangsfläche 46 ist wie seine Außenumfangsflache 47 eine Zylinderfläche.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Innenumfangsfläche 46 und die Außenumfangsflache 37 jeweils als Thorusflachen gewölbt ausgebildet. Dies ist in Figur 3 in der unteren Bildhälfte durch gestrichelte Linien 37a, 46a angedeutet .

'Die Fußabschnitte 34, 44 weisen in Radialrichtung R eine Höhe auf, die vorzugsweise mit der in Radialrichtung zu πfe'ssenden Höhe des Grundkörperabschnitts 24 übereinstimmt. Die Höhe ist größer als der Abstand zwischen der Zylinderfläche 14 und der Außenfläche 4. Außerdem weist das Dichtungselement 19 in Axialrichtung A eine Länge auf, die größer ist als der Abstand zwischen der Stirnfläche 7 und der Stufe 13 (Figur 2) . Die Abstände und Maße sind dabei so getroffen, dass das Dichtungselement 19, wenn es, wie in Figur 2 veranschaulicht, in dem Aufnahmeraum 18 sitzt, zwischen seinen Stegabschnitten 31, 41 sowie zwischen den Fußabschnitten 34, 44 und dem Grundkörperabschnitt 24 einen ringförmigen Hohlraum 48 umschließt.

Die aus Figur 2 ersichtliche Dichtungsanordnung funktioniert wie folgt:

Zur Herstellung der Dichtungsanordnung 1 wird das Rohrende 2 mit dem Ringelement β versehen, in dem dieses auf die Außenfläche 4 aufgeschoben wird. Das Dichtungsele- ment 19 ist in dem Anschlusssockel vormontiert. Sodann wird das Rohrende 2 in den Anschlusssockel 3 eingeführt, bis der Flansch des Ringelements 6 an der Stufe 15 anschlägt. Zur Erleichterung der Vormontage des Dichtungselements 19 ist im Übergang zwischen der Stufe 15 und der Zylinderfläche 14 ein trichterförmiger Konusabschnitt 49 ausgebildet. Gleitet das Rohrende 2 mit seinem konischen Ende durch das Dichtungselement 19, werden die Fußabschnitte 34, 44 aufeinander zubewegt, bis die Außenumfangsfläche 37 und die Innenumfangsfläche 46 einander berühren. Die sich berührenden Fußabschnitte 34, 44 werden dann unter Deformierung ihres Querschnitts weiter zusammengedrückt, so dass sie unter radialer Vorspannung an der Zylinderfläche 14 bzw. der Außenfläche 4 anliegen. Entsprechend wird auch der Grundkörperabschnitt 24 in Radialrichtung komprimiert, so dass er unte XrV radialer Vorspannung an der Außenfläche 4 und der

Zylinderfläche 14 anliegt.

Im weiteren Verlauf des Einschiebens wird das Dichtungselement 19 auch in Axialrichtung komprimiert. Wenn der Flansch des Ringelements 6 an der Stufe 15 anliegt, stemmen sich die Fußabschnitte 34, 44 gegen die Stufe 13, während der Grundkörperabschnitt 24 an der Stirnfläche 7 anliegt. Die Stegabschnitte 31, 41 sind in Axialrichtung federnd zusammengedrückt. Die Stegabschnitte 31, 41 liegen vorzugsweise flach und flächig an den ihnen jeweils benachbarten Flächen 4, 14 an. Dies z.B. aufgrund ihrer im Rohr vorhandenen Vorspannung, dank derer sich die Fußabschnitte 34, 44, wie Figur 3 veranschaulicht, in entspanntem Zustand nicht berühren.

Wird nun der von dem Rohrende 2 und dem Anschlusssockel 3 umschlossene Fluidkanal 51 mit unter Druck stehendem Fluid beaufschlagt, dringt dieses zunächst durch den Ring- spalt 20 bis zu dem Dichtungselement 19 vor. Der Fußabschnitt 34 verschließt diesen Ringspalt und bietet hier dem Fluid nur eine der Querschnittsfläche des Ringspalts entsprechende Fläche dar. Allmählich gelangt jedoch, z.B. in Folge der nicht vollständigen Abdichtung des Ringspalts 20 durch den Fußabschnitt 34 etwas Fluid in den Hohlraum 48 vor, so dass dieser allmählich mit Druck beaufschlagt ist. Dieser Druck führt zur Axial- und Radialexpansion des Dichtungselements 19, das somit fest an alle den Aufnahmeraum 18 umgrenzenden Flächen angedrückt wird. Es ergibt sich die doppelte Dichtwirkung des Fußabschnitt 34 und des Grundkörperabschnitts 24, sowie ein besonders hoher Diffusionswi- derst'and durch Abschluss des Ringspalts 20 durch den Fußabschnitt 34. Somit ist eine mit geringen Steckkräften zu betätigende Dichtungsanordnung geschaffen, die außerdem dauerdicht ist. Sie hat eine höhere Dichtwirkung als eine einfache O-Ringdichtung bei geringeren Steckkraften. Außerdem werden weniger Bauteile benötigt als bei einer doppelten O-Ringdichtung. Die Dichtwirkung ist außerdem besser als bei einer V-Dichtung.

Figur 4 und 5 veranschaulichen eine abgewandelte Ausführungsform eines Dichtungselements 190 und einer Dichtungsanordnung 100. Das Rohrende 2, der Anschlusssockel 3 und das Ringelement 6 identisch zu denen der vorstehend beschriebenen Dichtungsanordnung. Entsprechend sind für diese Elemente und deren Teile in Figur 5 die zuvor benutzten Bezugszeichen erneut verwendet. Die Beschreibung gilt entsprechend.

Das Dichtungselement 190 weist lediglich einen inneren Stegabschnitt 310 auf. Ein äußerer Steg fehlt. Der Steg- abschnitt 310 schließt sich an einem Rand 290 an einen Grundkörperabschnitt 240 an. Der innere Rand 290 findet sich im Übergang zwischen einer inneren konkav gewölbten Fläche 320, die der Stegabschnitt 310 an seiner Innenseite aufweist, zu einer Innenumfangsfläche 260 des Grundkörperabschnitts 240. Die Innenumf ngsfläche 260 ist wie eine Stirnfläche 280 und eine Außenumfangsflache 270 konvex gewölbt.

Der Stegabschnitt 310 ist etwas nach außen gewölbt - seine Außenumfangsflache 330 kann konvex gewölbt sein. Dies insbesondere dann, wenn der von dem Dichtungselement 190 erzeugte axiale Druck nicht zu groß sein soll. Wird ein größe'rer Druck gewünscht, kann der Stegabschnitt 310 auch eine relativ große Materialstärke aufweisen, wie in Figur 4 duro? eine gestrichelte Linie 52 angedeutet ist. Die Außenumfangsfl che 330 wäre dann konkav gewölbt.

Der Fußabschnitt 340 erstreckt sich über die gesamte radiale Höhe des Dichtungselements 190. Sie ist größer als der Abstand zwischen der Außenfläche 4 und der Zylinderfläche 14 und vorzugsweise etwa so groß wie der Durchmesser des Querschnitts des Grundkörperabschnitts 240. Die Innenumfangsfläche 360 des Fußabschnitt 340 ist vorzugsweise eine Zylinderfläche. Dies gilt auch für seine Außenumfangs- flache 370. Seine Stirnfläche 350 kann als Planfläche ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, hier eine Mulde 351 einzubringen, um die radiale Steifigkeit des Fußabschnitt 340 zu reduzieren.

In eingebautem Zustand ist das Dichtungselement 190, wie aus Figur 5 ersichtlich, deformiert. Sowohl der Grundkörperabschnitt 240 als auch der Fußabschnitt 340 sind in Radialrichtung zusammengedrückt. Der Stegabschnitt 310 presst den Fußabschnitt 340 in Axialrichtung fest gegen den Ringspalt 20 und dichtet diesen somit ab. Die hier vorhandene Restleckage füllt den von dem Dichtungselement 190 umschlossenen Hohlraum 48, der ein Teil des Innenraums 18 ist, allmählich und beaufschlagt diesen mit Druck, so dass der Fußabschnitt 340 fest an die Stufe 13 angedrückt wird. Auf diese Weise wird hohe Dichtigkeit mit niedrigster Leckrate und geringen Einsteckkräften kombiniert.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Dichtungsanordnung handelt es sich grundsätzlich um solche, bei denen der Aufnahmeraum 18 beim Herstellen der Verbindung 'in Axialrichtung verkürzt wird, wobei der Aufnahmeraum zugleich gegen eine Axialdurchströmung abzudichten ist. Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ist der Aufnahmeraum, der bei der Herstellung der Verbindung ebenfalls in Axialrichtung verkürzt wird, in Radialrichtung abzudichten. Ein dazu geeignetes Dichtungselement 419 ist in Figur 6 veranschaulicht. Es weist einen Grundkörperabschnitt 424 auf, der nach Art eines O-Rings ausgebildet ist. Seine Stirnflächen 426, 427 folgen, wie seine Innenumfangsfläche 428, der Kontur eines O-Rings. Radial nach außen erstrecken sich zwei Stegabschnitte 431, 441 von dem Grundkörperabschnitt 424 weg. Die stirnseitigen Außenflachen 432, 439 der Stegabschnitte 431, 441 sind vorzugsweise konkav gewölbt. Gleiches gilt für die aufeinander zu weisenden Innenflächen 433, 442, der Stegabschnitte 431, 441. An den freien Enden der Stegabschniüte 433, 442 sind Fußabschnitte 434, 444 vorgesehen, deren radiale Außenflächen

435, 445 vorzugsweise als Zylinderflächen ausgebildet sind. Die sich an diese anschließenden axial orientierten Flächen

436, 437, '446, 447 sind vorzugsweise Planflächen. Der Schnurquerschnitt des Dichtungselements 419 stimmt mit dem Schnurquerschnitt des Dichtungselements 19 nach Figur 3 überein. Allerdings sind die Stegabschnitte 441, 431 radial zu der Symmetrieachse 25 angeordnet, während sie bei der Ausführungsform des Dichtungselements 19 nach Figur

3 parallel zu der Symmetrieachse 25 angeordnet sind. Die Stegabschnitte 431, 441 weisen nach außen, so dass die Fußabschnitte 434, 444 den äußeren Abschluss des Dichtungselements 419 bilden. Wie Figur 7 veranschaulicht, kann die Anordnung auch umgekehrt getroffen sein. Bei dem Dichtungselement 519 nach Figur 7 ist wiederum der gleiche Schnurquerschnitt wie bei dem Dichtungselement 419 nach Figur 6 zugrunde gelegt. Es wird deshalb auf die vorstehende Beschreibung mit der Maßgabe verwiesen, dass an Stelle der

^•- „4" 'a\uf der Hunderter Stelle eine „5 zu lesen ist. Die

Zylinderflächen 545, 535 bilden Innenumfangsflächen und die Fläche 528 ist eine Außenumfangsfläche. Die Dichtungsrichtung ist die Radialrichtung R, während das Dichtungselement 519 in einer Aufnahmekammer in Axialrichtung A komprimiert wird.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtungselements ist in Figur 8 als Dichtungselement 619 veranschaulicht. Der Schnurquerschnitt des Dichtungselements 619 ist mit dem des Dichtungselements 190 nach Figur

4 identisch. Es sind deshalb die im Zusammenhang mit Figur

4 benutzten Bezugszeichen verwendet, in denen eine „6" vorangestellt ist. Die Beschreibung des Dichtungselements 190 gilt entsprechend für das Dichtungselement 619 mit der Maßgabe, dass sich der St'egabschnitt 6310 radial (R) zu der Symmetrieachse 25 erstreckt. Der Fußabschnitt 6340 ist an der Innenseite angeordnet. Alternativ kann er, wie Figur 9 veranschaulicht, bei einem Dichtungselement 719 radial nach außen weisen.

Zum Aufbau einer verbesserten Dichtungsanordnung 1 ist ein Dichtungselement 19, 190 vorgesehen, das wenigstens einen im Querschnitt vorzugsweise etwa rechteckig ausgebildeten Fußabschnitt 34, 340 aufweist. Dieser ist von einem Stegabschnitt 31, 310 in Axialrichtung federnd mit einem Grundkörperabschnitt 24, 240 verbunden, der ähnlich einem O-Ring aufgebaut sein kann und einen etwa kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die axiale Federwirkung des Stegabschnitts 31, 310 verhindert, dass der Fußabschnitt 34, _,340 von dem abzudichtenden Ringspalt 20 abgehoben wird. Auf diese Weise bietet das Dichtungselement 19, -190 dem abz dichtenden Fluid nur eine äußerst geringe Fläche dar, die der Querschnittsfläche des Ringspalts 20 entspricht. Somit können sich nur geringste Fluidmengen in dem Elastomer des einstückig ausgebildeten Dichtungselements 19, 190 lösen und dieses durchwandern. Das erfindungsgemäße Dichtungselement ist eine Kombination aus wenigstens einem rechteckigen Fuß, dessen quer zum Steg gemessene Höhe größer ist als seine längs zum Steg gemessene Dicke, kombiniert mit dem runden Grundkörper und dem zwischen Fuß und Grundkörper angeordneten Steg. Der Steg ist in wenigstens einer Richtung (auf den Grundkörper hin und von diesem weg) federnd ausgebildet. Der Dichtungsring ermöglicht darüber hinaus die Unterstützung der Dichtwirkung durch eine so genannte aktive Dichtung. Bei dieser wird jedoch kein Teil des Dichtungselements von dem abzudichtenden Ringspalt wegbewegt. Vielmehr kann ein vorhandener Hohlraum 48 durch das Fluid druckbeaufschlagt werden und somit sowohl den zum Aufnahmeraum 18 hinführenden Ringspalt 20 als auch den wegführenden Ringspalt 21, 22 abdichten. Alternativ kann das Dichtungselement jeder der vorgenannten Ausführungsformen aus inkompressiblem Material ausgebildet sein, so dass es den an einer Stelle anstehenden Druck des abzudichtenden Fluids an die Dichtflächen überträgt und über diese ableitet. Auch hier steht das Dichtungselement nur mit einem äußerst geringen Flächenbereich mit dem abzudichtenden Fluid in Verbindung.

Figur 10 veranschaulicht die Abdichtung zweier Teile 2a, 3a gegeneinander mittels des Dichtungselements 619. Dieses sitzt in einem als axial eingestochene Ringnut ausgebildeten Aufnahmeraum 18. Die Teile 2a, 3a definieren miteinander einen scheibenförmigen Radialspalt, der die Ringnut 18 berührt oder schneidet. In dem Aufnahmeraum 18 sitz't das Dichtungselement 619 oder alternativ das Dichtungselement 419, 519 oder 719. Es ist in Axialrichtung komprimiert und dichtet in Radialrichtung ab. Die Dichtungsanordnung nach Figur 10 ist insbesondere zur Abdichtung gegen Innendruck vorgesehen. Es kann hier alternativ das Dichtungselement 519 nach Figur 7 zur Anwendung kommen. Bei der Abdichtung gegen Außendruck werden die Dichtungselemente 419, 719 bevorzugt. Die Anordnung wird in der Regel so getroffen, dass der Fußabschnitt 34, 44 bzw. 340, 534, 544, 434, 444, 6340, 7340 der druckführenden Seite des Fluids zugewandt ist, während der Grundkörperabschnitt 24, 240, 424, 524, 6240, 7240 der Seite mit niedrigerem Druck zugewandt ist.

Claims

Patentansprüche :

1. Dichtungselement (19, 190),

mit einem ringförmigen Grundkörperabschnitt (24, 240),

mit wenigstens einem ringförmigen Stegabschnitt (31, 310), der sich in Axialrichtung (A) an den Grundkörperabschnitt (24, 240) anschließt,

mit wenigstens einem ringförmigen Fußabschnitt (34, 44, 340), der an das von dem Grundkörperabschnitt (24, '240) abliegenden Ende des Stegabschnitts (31, 41, 310) anschließt und dessen in Radialrichtung (R). gemessene ΛHöhe die in Radialrichtung (R) gemessene Dicke des Stegabschnitts (31, 41, 310) übersteigt.

2. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörperabschnitt (24, 240) einen inneren Rand (29, 290) und einen äußeren Rand (38) aufweist und dass der Stegabschnitt (31, 310) an den inneren Rand (29) anschließt.

3. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörperabschnitt (24) einen inneren Rand (29) und einen äußeren Rand (38) aufweist und dass der Stegabschnitt (41) an den äußeren Rand (38) anschließt .

4. Dichtungselement nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich beide Stegabschnitte (31, 41) in der gleichen Richtung (R) von dem Grundkörperab- schnitt (24) weg erstrecken. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es an einer Seite nur einen Stegabschnitt (310) mit nur einem Fußabschnitt (340) aufweist.

Dichtungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußabschnitt (340) eine in Radialrichtung (R) zu messende Höhe aufweist, dass der Grundkörperabschnitt (240) eine in Radialrichtung (R) zu messende Höhe aufweist, und dass beide Höhen größer sind als die Höhe eines für den Einbau vorgesehenen Aufnahmeraums (18).

Dichtungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich-

Λ'Vvhet, dass die Höhen miteinander übereinstimmen.

8. Dichtungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stegabschnitt (31, 41) jeweils nur einen Fußabschnitt (34, 44) trägt, dass die beiden Fußabschnitte (31, 41) jeweils eine in Radialrichtung (R) zu messende Höhe aufweisen und dass die Summe der beiden Höhen größer ist als die Höhe eines für den Einbau vorgesehenen Aufnahmeraums (18) .

9. Dichtungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegabschnitte (31, 41) voneinander weg federnd vorgespannt sind.

10. Dichtungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fußabschnitte (34, 44) einander zugewandte U fangs lachen (37, 46) aufweisen, die zueinander passend ausgebildet sind.

11. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußabschnitt (34, 44, 340) eine Innenumfangsfläche (36, 46 , 360) aufweist, die konisch oder zylindrisch ausgebildet ist.

12. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußabschnitt (34, 44, 340) eine Außen- umfangsfläche (37, 47, 370) aufweist, die konisch oder zylindrisch ausgebildet ist.

13. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörperabschnitt (24, 240) einen 'runden Schnurquerschnitt aufweist.

14. Av'Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußabschnitt (340) einen Innenrand aufweist, der mit dem Stegabschnitt (310) verbunden ist.

15. Dichtungsanordnung mit wenigstens einem Dichtungselement nach Anspruch 1.

16. Dichtungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Dichtungsanordnung (1) ein erstes Teil (2) mit einer Zylinderfläche (4) und ein zweites Teil (3) mit einer der Zylinderfläche (4) zugewandten Ausnehmung (8) zur Aufnahme des Dichtungs- elements (19, 190) gehört, wobei zwischen diesen ein abzudichtender Ringspalt (20) festgelegt ist, an dem der Fußabschnitt (34, 340) anliegt.

17. Dichtungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (18) eine axiale Länge aufweist, die durch den Abstand einer Stufe 13 von einer Fläche (7) festgelegt ist und die geringer ist als die axiale Länge des Dichtungselements (19, 190) , die durch den Abstand seiner Planfläche (35, 350) von seiner Stirnfläche (28, 280) festgelegt ist.

18. Dichtungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (19, 190) in eingebautem Zustand einen ringförmigen Hohlraum (48) umschließt.

19. Dichtungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußabschnitt (31, 310) dem abzudichtenden Fluid zugewandt ist.