DE3042536A1

DE3042536A1 - Dichtung fuer zylindrische teile

Info

Publication number: DE3042536A1
Application number: DE19803042536
Authority: DE
Inventors: Norbert 8726 Gochsheim Deppert
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-11-12
Filing date: 1980-11-12
Publication date: 1982-06-16

Description

PATENT- UND GEBRAUCHSMUSTERHILFSANMELDUNG
D i c h t u n g f ür z y 1. in d r. i s. c h e. T. e i 1 e Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtun'g für zylindrische Teile, insbesondere'für Kolbenstangen von hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Aggregaten wie Schwingungsdämpfer, Gasfedern und hydropneumatische Federungen, wobei die Dichtung mindestens eine an einer Kolbenstange anliegende Dichtlippe aus elastischem Material aufweist und mit einem starren Stützring zu einer Dichtungseinheit verbunden und im Bereich des Stützringes axial vorgespannt und abgedichtet ist, während eine Führung im Behälter des Aggregates vorgesehen ist, die die Kolbenstange mit Spiel umgibt.
Derartige bekannte Lippendichtungen werden beispielsweise bei Schwingungsdämpfern im Bereich des Außendurchmessers fest eingespannt. Die Dichtungen selbst besitzen meist zwei Dichtlippen, wobei die dem Innenraum zugekehrte Dichtlippe die Aufgabe hat, öl von der Kolbenstange abzustreifen und diese zum Innenraum hin abzudichten, während die äußere Dicht lippe den auf der Kolbenstange befindlichen Schmutz zu entfernen hat. Die Anpreßkraft jeder Dichtlippe ist dabei relativ-hoch, denn diese müssen an der Kolbenstange exakt anliegen, auch wenn die Kolbenstange in radialer Richtung durch äußere Kräfte ausgelenkt wird. Bei stärkerer seitlicher Auslenkung der Kolbenstange vermögen jedoch die Dichtlippen nur bis zu einem gewissen Grad zu folgen und heben anschließend von der Kolbenstange ab. Dies erfolgt insbesondere bei tiefen Temperaturen relativ früh, da dann das Dichtungsmaterial steif ist. und die Dichtlippen nicht mehr der Kolbenstangenauslenkung folgen können. Meist wird die Anpreßkraft der Dichtlippe an der Kolbenstange durch eine zusätzliche, im Bereich der Dichtlippe.angeordnete Wurmfeder erzielt, wodurch sich hohe Reibkräfte zwischen Kolbenstange und Dicht lippe ergeben, die nicht nur einen komfortmindernden Einfluß auf das Kraftfahrzeug haben, sondern auch die Funktionsfähigkeit der Dichtung infolge Verschleiß reduv zieren. So ist es beispielsweise durch das DE-GM 7 705 770 Fekannt, zur Reibungsverinderung die Dichtlippe mit einem eingesetzten Kleinstring zu ersetzen, wobei dieser Kleinstring aus einem speziellen Werkstoff mit günstigem Gleit- und Reibungsverhalten besteht. Nachteilig bei dieser Ausführung ist jedoch nach wie vor, daß seitliche Auslenkungen der Kolbenstange nicht ausreichend auszugleichen sind. Insbesondere bei Schwingungsdämpfern, die Radfhrungskräfte aufzunehmen haben, wie dies heute beispielsweise bei vielen Federbeinen der Fall ist, wirkt eine stark einseitige Anpreßkraft des Dichtringes auf die Kolbenstange und die Gefahr von Verschleiß und Undichtwerden solcher Kolbenstangendichtungen ist nach wie vor gegeben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung zu schaffen, die mit geringer Reibung zwischen Dichtung und abzudichtendem Teil arbeitet, seitliche Auslenkungen des abzudichtenden Bauteiles aufnehmen kann und eine einwandfreie Dichtheit in jeder Betriebsphase gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur radial beweglichen Aufnahme der Dichtungseinheit eine Ringnut vorgesehen ist, die mit dem Außendurchmesser der Dichtungseinheit einen Ringspalt bildet, während ein die Kolbenstange mit geringem Abstandsspiel umgebender Abstandsring im Bereich des inneren Durchmessers des Stützringes angeordnet ist. Durch diese Aufnahme der Dichtungseinheit in der Ringnut wird ermöglicht, daß sich die Dichtung in radialer Richtung in der Ringnut bewegen kann und somit eine Auslenkung in radialer Richtung einer sich axial bewegenden Kolbenstange oder einer sich drehenden Welle ohne Schwierigkeiten mitmacht. Um die Dichtung zum zylindrischen Teil zu zentrieren; ist der Abstandsring vorgesehen, welcher mit geringem Abstandsspiel das zylindrische Teil umgibt, so daß die Auslenkkräfte über diesen Abstandsring auf die Dichtungseinheit übertragen werden. Damit wird ein gleichmäßiges Anliegen der Dichtlippe über den gesamten Umfang. des abzudichtenden zylindrischen Bauteiles erzielt. Die Anpreßkraft der Dichtlippe kann dadurch relativ gering gehalten werden, wodurch auch die Reibkräfte niedrig sind.
Es wird somit auf einfache Weise eine optimale Lage der Dichtung zur Kolbenstange bei jeder Temperatur und Aus lenkung geschaffen wobei die radial bewegliche Aufnahme der Dichtungseinheit nur einen geringen Bauraum erfordert.
Wie ein Merkmal der Erfindung zeigt, wird eine einfache Außenabdichtung der Dichtungseinheit dadurch geschaffen, daß zwischen der dem Innenraum nächstgelegenen Planfläche der Ringnut und der Planfläche des Stützringes ein elastisches Dichtelement angeordnet ist. Dieses Dichtelement ist in axialer Richtung nur wenig vorgespannt und gestattet so die radiale Bewegung der Dichtungseinheit. Um für diese Außenabdichtung ein möglichst einfaches Dichtelement verwenden zu können, welches unter dem Innendruck in einer vorbestimmten Position gehalten wird, ist erfindungsgemäß zur Aufnahme des Dicht elementes die dem Innenraum nächstgelegene Planfläche der Ringnut mit einer Formnut versehen. Entsprechend einem Merkmal der Erfindung weist diese Formnut mindestens eine Schrägfläche auf, gegen welche das elastische Dichtelement unter Einwirkung des Behälterinnendruckes gedrückt wird, Eine solche Schrägfläche bewirkt, daß bei höherem Innendruck eine geringfügig größere Anpressung erzielt und damit. eine einwandfreie Außenabdichtung gewährleistet wird.
Eine sehr einfache Außenabdichtung erhält man entsprechend der Erfindung dadurch5 daß die Formnut im Querschnitt etwa ein Kreissegment bildet, dessen Radius größer ist als der des als O-Ring ausgebildeten Dichtelementes, während die Tiefe des Kreissegmentes kleiner ist als der Durchmesser des 0-Ringes.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird erhalten, indem der Stützring an seiner dem Innenraum zugekehrten Planfläche eine Dichtfläche aus elastischem Material besitzt.
Merkmalsgemäß kann diese Dichtfläche mindestens einen ringförmigen und in axialer Richtung verlaufenden Vorsprung aufweisen, wobei entsprechend einem Merkmal der Erfindung diese ringförmigen Vorsprünge durch sägezahnförmige Wulste gebildet werden.
Um ein leichtes radiales Gleiten wider Dichtungseinheit zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß zwischen der Dichtungseinheit und der dem Behälterinnenraum abgewandten Planfläche eine Schicht aus gleitgünstigem Material angeordnet. Diese Schicht kann beispielsweise durch Gleitlacke, die auf der Planfläche des Stützringes und/oder auf der Planfläche der Nut aufgebracht sind, gebildet werden. Wie die Erfindung zeigt, kann die Schicht aus gleitgl'nstigem Material auf einfache Weise durch eine Kunststoffscheibe gebildet sein. Es eignet sich hierzu insbesondere TEFLON, welches günstige Gleiteigenschaften besitzt.
Zur einwandfreien Übertragung der Radialkräfte auf die Dichtungseinheit ist der Abstandsring im Bereich des Innendurchmessers des Stützringes angeordnet. Wie weitere Merkmals der Erfindung zeigen5 kann dieser Abstandsring einteilig mit der Dicht lippe ausgebildet sein oder er wird als von der Dicht lippe getrenntes Bauteil ausgeführt, welches auf dem starren Stützring im Bereich des inneren Durchmessers angeordnet ist. Dadurch, daß zwischen Abstandsring und Kolbenstange ein geringes Radialspiel besteht -etwa 0,05.,.0,2 mm -, wird eine einwandfreie Zentrierung und eine sehr gleichmäßig über den Umfang verteilte Anpreßkraft der Dichtlippe gewährleistet. Der Abstandsring selbst kann vorteilhafterweise durch einen Kunststoffring gebildet sein oder durch einen Metallring mit gleitgünstiger Oberfläche.
Wie ein Merkmal der Erfindung zeigt, wird die Dichtungseinheit dadurch gebildet, daß der Stützring im wesentlichen aus zwei Scheiben besteht, wobei jede Scheibe mit einer Dichtlippe versehen ist und eine der Scheiben am inneren Durchmesser den Abstandsring aufweist. Zur einwandfreien Zentrierung dieser beiden Scheiben ist ein Zentrierbund vorgesehen, während die Trennfuge beispielsweise durch. Zusammenfügen mittels eines Klebers abgedichtet ist.
An Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung nooh ausführlicher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer; Fig. 2 einen Ausschnitt des Schwingungsdämpfers gem. Fig. 1 im Bereich der Kolbenstangendichtung, Fig. 3 eine Dichtungseinheit, die sägezahnförmige Wulste zur Außenabdichtung besitzt; Fig. 4 eine Dichtungseinheit, deren Stützring aus zwei Scheiben gebildet ist, und Fig. 5 die Außenabdichtung der Dichtungseinheit mittels eines speziellen Dichtelementes.
Der in Fig. 1 gezeigte Schwingungsdämpfer besteht aus der Kolbenstange 1, die - verbunden mit dem Kolben - im flüssigkeitsgefüllten Zylinder 2 auf- und abbeweglich geführt ist. Unter Bildung eines Ringraumes, der im oberen Bereich eine Gasfüllung besitzt, ist der Zylinder 2 vom Behälter 3 umgeben. Am kolbenstangenaustrittsseitigen Ende ist der Zylinder 2 im Behälter 3 durch die Kolbenstangenführung 4 zentriert und axial verspannt. Diese Kolbenstangenführung 4 besitzt eine zentrale Bohrung, in welcher die Kolbenstange 1 mit geringem Spiel geführt wird. Zwischen Kolbenstangenführung 4 und Nutscheibe 6 befindet sich die Behälterdichtung 5, die infolge axialer Verspannung der Teile gegen die Innenwand des Behälters 3 gedrückt wird und dadurch die statische Dichtung zum Innenraum hin bildet. Die Dichtungseinheit 10 ist im Bereich ihres äußeren Durchmessers in.einer Ringnut angeordnet, wobei diese Ringnut durch die Nutscheibe 6 und den L-förmig ausgebildeten Nutring 7 gebildet ist. Der Außendurchmesser der Dichtungseinheit 10 ist kleiner als der Nutgrunddurchmesser, wodurch der Ringspalt 9 entsteht. Die Dichtungseinheit 10 besteht, wie dies insbesondere Fig. 2 deutlich zeigt, aus der dem Innenraum 15 zugekehrten Dichtlippe und der äußeren Dichtlippe 14, die aus elastiachen Material bestehen. Diese Dichtlippen sind fest mit dem Stützring 12 verbunden, während der. Stützring 12 an seinem inneren Durchmesser den Abstandsring 13 trägt. Zwischen Kolbenstange 1 und Stützring 13 besteht ein geringes Radialspiel 20 von etwa 0,05...0,2 mm, In der Planfläche 16 der Nutscheibe 6 ist die Formnut 17 eingearbeitet, welche zur Aufnahme des O-Ringes 18 dient. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Formnut 17 etwa kreissegmentförmig ausgebildet, wobei die Nuttiefe geringer ist als der Durchmesser des O-Ringes 18. Zwischen der Planfläche des Nutringes 7 und der des Stützringes 12 befindet sich die Kunststoffscheibe 19, die aus gleitgünstigem Material, vorzugsweise TEFLON, gefertigt ist.
Beim Zusammenbau wird der O-Ring 18 geringfügig in axialer Richtung verspannt, wobei der .Druck im Innenraum 15 einseitig auf diesen O-Ring wirkt und diesen gegen die von der Formnut 17 gebildete Fläche drückt, d. h., je größer der Druck im Innenraum 15 ist, um so größer wird auch die axiale Vorspannung des O-Ringes 18. Wird die Kolbenstange 1 radial ausgelenkt, so kommt diese zur Anlage am Abstandsring 13 und verschiebt dadurch die Dichtungseinheit 10 in radialer Richtung, was durch den Ringspalt 9 zwischen Stützring 12 und Ringnut 8 möglich ist. Die radiale Auslenkung der Dichtlippen 11 und 14 entspricht somit höchstens der des Spieles 20 zwischen Kolbenstange 1 und Abstandsring 13. Dadurch ist es möglich, die Dichtlippen 11 und 14 mit geringer Vorspannung auf der Kolbenstange 1 zu führen und eine einwandfreie Abdichtung in jeder Betriebsphase zu gewährleisten.
Die Ausführungsform gem. Fig. 3 unterscheidet sich von der gem.
Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß die Dichtlippen 11 und 14 einteilig mit dem Abstandsring 13 ausgebildet sind. Der Abstandsring 13 ist auch hier im Bereich des inneren Durchmessers des Stützringes 12 angeordnet. Allerdings wird er hier durch elastisches Material gebildet, während in Fig, 2 dieser Stützring 13 aus einem Metallring mit einer gleitgünstigen Oberfläche besteht. Ebenfalls einteilig mit den Dichtlippen 11 und 14 und aus dem selben Material ist die Dichtfläche 21 hergestellt, die sich über die radiale Ausdehnung des Stützringes 12 erstreckt. Diese Dichtfläche 21 besitzt die Vorsprünge 22, die mit den sägezahnf';;rmigenWulsten 23auf der Planfläche , der' Nutscheibe b licgen. Zur radialen Einstellung der Dichtungseinh-'ib ist zwischen der Ringnut 8 und dem Außendurchmesser des Stützringes 12 der Ringspalt 9 vorhanden. Um eine möglichst geringe Reibung bei der radialen Verschiebung der Dichtungseinheit 10 zu erhalten, befindet sich auch hier die Kunststoffscheibe 19 zwischen der Planfläche des Nutringes 7 und der des Stützringes 12.
Eine weitere Ausführungsform der Dichtungseinheit 10 zeigt Fig 4, wobei der Stützring 12 durch die untere, die Dichtlippe 11 tragende Scheibe 24 und die obere, mit der Dicht lippe 14 verbundene Scheibe 25 gebildet ist. Diese obere Scheibe 25 trägt an im inneren Durchmesser den Abstandsring 13, der aus einem vorzugsweise harten Grundkörper mit gleitgünstiger Anlaufschicht besteht.
Zur Zentrierung und zum Zusammenpressen der beiden Scheiben 24 und 25 ist ein Zentrierbund vorhapden. Vorzugsweise werden diese beiden Scheiben 24 und 25 mittels Kleber miteinander verbunden, wodurch die Trennfuge dicht verschlossen wird. Zur Aufnahme des O-Ringes 18 ist in der Nutscheibe 6 die Formnut mit Scehrägflächen 26 versehen. In der Wirkungsweise entspricht diese Dichtungseinheit 10 der gem. Fig. 2.
Bei Anordnung der Dichtungseinheit 10 gem. Fig. 5 ist zwischen der Planfläche der unteren Scheibe 24 und der Planfläche 16 der Nutscheibe 6 ein Dichtelement 28 vorgesehen, welches aus den Dichtzungen und einem starren Versteifungsring besteht. Außerdem ist sowohl die mit der unteren Scheibe 24 verbundene Dichtlippe 11 als auch die an der oberen Scheibe 25 befestigte Dichtlippe 14 von einer Andrückfeder 27 beaufschlagt.
Bei stimtlichen Ausführungsformen wird der sich zwischen Abstandsring 13 und den Dichtlippen 11 bzw. 14 bildende Raum üblicilerweise mit Fett aufgefüllt. Die vorbeschriebene, radial bewegliche Dichtungseinheit ist überall da einsetzbar, wo drehende oder axial bewegende Wellen und Stangen einer Querbelastung ausgesetzt sind. Eine solche Dichtung erfordert außerdem keine hohen Anforderungen an die Toleranzen der Bauteile, da auch ein Einbau der nicht exakt zentrisch erfolgt, durch eine solche Dichtung ausgeglichen werden kann und eine gleichmäßige Anpressung-der Dichtlippe über den gesamten Umfang des abzudichtenden Bauteiles gewährleistet wird.

Claims

PATENTANSPRUCHE 5 Dichtung für zylindrische Teile, insbesondere für Kolbenstangen von hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Aggregaten wie Schwingungsdämpfer, Gasfedernund hydropneumatische Federungen, wobei die Dichtung mindestens eine an der Kolbenstange anliegende Dichtlippe aus elastischem Material aufweist und. mit einem starren Stützring zu einer Dichtungseinheit verbunden sowie im Bereich des Stützringes axial vorgespannt und abgedichtet ist, während eine Führung im Behälter des Aggregates vorgesehen ist, die die Kolbenstange mit Spiel umgibt, dad. gek., daß zur radial beweglichen Aufnahme der Dichtungseinheit (10) eine Ringnut (8) vorgesehen ist, die mit dem Außendurchmesser der Dichtungseinheit (10) einen Ringspalt (9) bildet, während ein die Kolbenstange (1) mit geringem Abstandsspiel umgebender Abstandsring (13) im Bereich des inneren Durchmessers des Stützringes (12) angeordnet ist.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dad. gek., daß zwischen der dem Innenraum (15) nächstgelegenen Planfläche (16) der Ringnut (8) und der Planfläche des Stützringes (12) ein elastisches Dichtelement (18, 28) angeordnet ist.
3. Dichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dad, gek,, daß zur Aufnahme des Dichtelementes (10) die dem Innenraum (15) nächstgelegene Planfläche (16) der Ringnut (8) eine Formnut (17) aufweist.
4. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dad. gek., daß die Formnut (17) mindestens eine Schrägfläche (26) auSweist, gegen welche das elastische Dichtelement (18) unter Einwirkung des Behälterinnendruckes gedrückt wird,
5, Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dad, gek., daß die Formnut (17).im Querschnitt etwa ein Kreissegment bildet, dessen Radius größer ist als der des als O-Ring (i8) ausgebildeten Dichtelementes, während die Tiefe des Kreissegmentes kleiner ist als der DurchMesser des O-Ringes.
6. Dichtung nach Anspruch 1, dad. gek., daß der Stützring (12) an seiner dem Innenraum (15) zugekehrten Planfläche eine Dichtfläche (21) aus elastischem Material besitzt,
7. Dichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dad, gek., daß die Dichtfläche (21) mindestens einen ringförmigen und in axialer Richtung verlaufenden Vorsprung (22) aufweist.
8. Dichtung nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dad. gek,, daß die ringförmigen Vorsprünge (22) durch sägezahnförmige Wulste (23) gebildet werden.
9. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dad. gek., daß zwischen der Dichtungseinheit (10) und der dem Behälterinnenraum abgewandten Planfläche der Ringnut (8) eine Schicht aus gleitgünstigem Material angeordnet ist.
10. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dad. gek,, daß die Schicht aus gleitgünstigem Material durch eine Kunststoffscheibe (19) gebildet ist,
11. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dad, gek., daß der Abstandsring (13) im Bereich des Innendurchmessers des StUtzringes (12) angeordnet ist.
12. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dad. gek., daß der Abstandsring (13) einteilig mit der Dichtlippe (1l, 14) ausgebildet ist.
13. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dad. gek., daß der Abstandsring (13) ein von der Dichtlippe (11, 14)getrenntes Bauteil ist und auf dem starren Stützring (12) im Bereich des inneren Durchmessers angeordnet ist,
14. Dichtung nach den Ansprechen 1 bis 11 und 13, dad. gek., daß der Abstandsring durch einen Kunststo£fring gebildet ist,
15. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11 und 13, dad. gek., d der Abstandsring (13) durch einen Metallring mit gleitgünstiger Oberfläche gebildet ist.
16. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dad. gek., daß zwischen Abstandsring (13) und Kolbenstange (1) ein geringes Radialspiel (20) besteht, welches etwa 0,05...0,2 mm beträgt.
17. Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 16, däd. gek,5 daß der Stützring (12) im wesentlichen aus zwei Scheiben (24, 25) gebildet ist, wobei jede Scheibe mit einer Dichtlippe (11, 14) versehen ist und eine der Scheiben am inneren Durchmesser den Abstandsring (13) auSweist.