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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stangendichtungsanordnung mit einer ringförmigen, eine zylindrische Stange mit ihrem Innendurchgang umschließende Stangendichtung aus einem elastischen Werkstoff, von der die Stange mit radial nach innen gerichteter Vorspannung umschließbar ist, wobei die radiale Anlagevorspannung der Stangendichtung an der Stange über einen großen Umgebungstemperaturbereich annähernd konstant ist und wobei die Stangendichtung einen Befestigungsbereich an ihrem ersten Ende aufweist, mit dem sie an einem Dichtungsgehäuse anordenbar ist.
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Stangendichtungsanordnungen z.B. bei Schwingungsdämpfern für Fahrzeuge sollen in einem Temperaturbereich von –40°C bis +80°C eine zuverlässige Dichtfunktion ausüben. Dabei sollen die radialen Anlagevorspannungen, mit denen die Stangendichtungen an der Stange anliegen, über diesen Temperaturbereich annähernd konstant bleiben. Abhängig von der jeweiligen Temperatur dehnen sich aber die Stangendichtungen aus oder ziehen sich zusammen, so dass sich entsprechend auch die Anlagevorspannungen ändern.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Stangendichtungsanordnung zu schaffen, die einen einfachen, wenige Bauteile aufweisenden Aufbau besitzt und deren Anlagevorspannung an der Stange über einen großen Temperaturbereich annähernd konstant ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich axial an das zweite Ende der Stangendichtung ein ringartiger Freiraum anschließt, dessen Ringquerschnitt sich mit zunehmendem axialem Abstand von der Stangendichtung erweitert.
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Wenn die Temperatur an der Stangendichtungsanordnung ansteigt, dehnt sich die Stangendichtung, die meist aus einem Kunststoff besteht, stärker aus, als die weiteren, aus Metall bestehenden Bauteile der Stangendichtungsanordnung. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann das Material der Stangendichtung bei durch Temperaturerhöhung bedingter Volumenvergrößerung in den Freiraum hineinfließen und bei durch Temperaturverringerung bedingter Volumenverringerung sich wieder zurückziehen. Es kommt also bei Temperaturerhöhung nicht zu einer Erhöhung und bei Temperaturverringerung nicht zu einer Verringerung der Anlagevorspannung der Stangendichtung an der Stange, sondern diese Anlagevorspannung bleibt weitgehend konstant.
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Damit bleiben auch die Reibkräfte der Stangendichtung an der Stange weitgehend konstant.
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Die radiale Anlagevorspannung der Stangendichtung an der Stange wird auf einfache Weise dadurch erzeugt, dass der Innendurchgang der Stangendichtung bei nichteingeführter Stange einen axial annähernd konusartig sich verjüngenden Querschnitt aufweist, wobei der größte Durchmesser des Innendurchgangs an einem axialen ersten Ende der Stangendichtung annähernd dem Durchmesser der Stange entspricht, wobei durch Einführen der Stange in den Innendurchgang der Innendurchgang auf den Durchmesser der Stange aufweitbar und die Stangendichtung in ihrem dem ersten Ende entfernten Bereich elastisch radial nach außen verformbar ist.
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Dazu kann entweder die radial umlaufende Kontur des sich axial an den Befestigungsbereich anschließenden Bereichs der Stangendichtung bei nicht eingeführter Stange eine annähernd zylindrische Form und bei eingeführter Stange zum zweiten Ende hin eine sich konisch erweiternde Form aufweisen oder die radial umlaufende Kontur des sich axial an den Befestigungsbereich anschließenden Bereichs der Stangendichtung bei nicht eingeführter Stange eine sich zum zweiten Ende hin konisch verjüngende Form und bei eingeführter Stange eine annähernd zylindrische Form aufweisen.
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Die Anlagespannung kann dadurch ergänzt werden, dass der sich an dem Befestigungsbereich axial anschließende Bereich der Stangendichtung an einer ringartig die Stangendichtung umschließenden Führung eines Führungselements radial abgestützt ist und die Führung die radial äußere Begrenzung des sich mit zunehmendem axialem Abstand von der Stangendichtung erweiternden Freiraums ist.
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Zur ortsfesten Anordnung des Befestigungsbereichs kann der Befestigungsbereich an dem ersten Ende der Stangendichtung axial an einer radialen Stützwand und die radial umlaufende Außenkontur des Befestigungsbereichs an einer entsprechenden koaxialen Zylinderwand des Dichtungsgehäuses abgestützt sein.
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Einfach befestigbar ist der Befestigungsbereich, wenn der Befestigungsbereich flanschartig erweitert ausgebildet ist.
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Dazu kann der Befestigungsbereich durch eine Federkraft in Anlage an die Stützwand axial beaufschlagt sein, was mit einfachen Mitteln dadurch erfolgen kann, dass der Befestigungsbereich von einem Ende einer Tellerfeder in Anlage an die Stützwand beaufschlagt ist, deren anderes Ende axial an dem Führungselement abgestützt ist.
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Um auch die temperaturbedingte Volumenveränderung des Befestigungsbereichs kompensieren zu können, kann der Befestigungsbereich mit Ausnehmungen versehen sein. Insbesondere kann der Befestigungsbereich eine koaxiale, axial offene radial umlaufende Ringnut aufweisen.
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In einer weiteren Ausbildung kann das Führungselement ein radial elastischer Vorspannring sein, der über die Stangendichtung radial gegen die abzudichtende Stange vorgespannt ist. Um eine radial elastische Bewegbarkeit zu ermöglichen, kann der Vorspannring korbartig mit einem oder mehreren axialen Schlitzen versehen sein.
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Zur temperaturabhängigen Kompensation der radialen Vorspannung des Vorspannrings auf die Stangendichtung übt vorzugsweise ein Dehnungselement mit einem größeren Ausdehnungskoeffizienten als der Vorspannring bei Temperaturerhöhung eine Aufweitkraft auf den Vorspannring aus.
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Vorzugsweise ist die Stangendichtung eine Kolbenstange eines Kolben-Zylinder-Aggregats, insbesondere eines Schwingungsdämpfers umschließende Kolbenstangendichtung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 einen Längsschnitt eines Schwingungsdämpfers im Bereich einer Stangendichtungsanordnung
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2 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Stangendichtungsanordnung ohne eingeführte Stange
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3 einen Längsschnitt der Stangendichtungsanordnung nach 2 mit eingeführter Stange
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4 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer Stangendichtungsanordnung in nicht aufgeweitetem Zustand
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5 einen Längsschnitt der Stangendichtung nach 4 in aufgeweitetem Zustand
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6 einen Längsschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels einer Stangendichtung in nicht aufgeweitetem Zustand
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7 einen Längsschnitt der Stangendichtung nach 6 in aufgeweitetem Zustand.
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1 zeigt ein Ende eines Zylinders 1 eines Schwingungsdämpfers, in das eine Stangendichtungsanordnung eingesetzt ist. Durch die Stangendichtungsanordnung ist eine längsbewegliche Kolbenstange 2 aus dem Inneren des Zylinders 1 abgedichtet nach außen geführt.
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Die Stangendichtungsanordnung weist eine ringförmige Stangendichtung 3 aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff auf, die mit annähernd L-förmigem Querschnitt aus einem etwa zylindrischen Teil 4 und einem flanschartigen Befestigungsbereich 5 am außenseitigen Ende des zylindrischen Teils 4 besteht.
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Durch den Innendurchgang 6 der Stangendichtung 3 ist die Kolbenstange 2 hindurchgeführt. Dabei liegt die Stangendichtung 3 mit der Wandung des Innendurchgangs 6 unter radialer Vorspannung an der zylindrischen Mantelfläche der Kolbenstange 2 an. Die Wandung ist dabei mit mehreren radial umlaufenden Dichtleisten 7 ausgebildet.
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In eine Kehle am radial äußeren Übergang von dem zylindrischen Teil 4 zum Befestigungsbereich greift ein metallischer Vorspannring 14 ein, der einen annähernd S-förmigen Querschnitt besitzt. An der oberen Biegung des „S“ stützt sich der Befestigungsbereich 5 ab. Das untere zur Kolbenstange 2 weisende Ende des „S“ bildet eine Stützfläche für den Vorspannring 14 innerhalb einer Stangenführung 8.
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Die Stangenführung 8 weist ein in Richtung des freien Endes des Zylinders 1 offenes Rinnenprofil auf und zentriert mit einem Innenringsteg 9 die Kolbenstange 2 zum Zylinder 1. Ein Außenringsteg 10 der Stangenführung liegt an der Innenwandung des Zylinders 1 an. Der Zylinder 1 weist zwei radial nach innen gerichtete Eindrückungen 12, 13 auf, von denen die untere Eindrückung 12 an dem unteren Bereich der Stangenführung 8 in Anlage ist. Die obere Eindrückung 13 ragt hinter einen den Zylinder 1 verschließenden Deckel 11. Damit ist die Stangenführung zwischen den beiden Eindrückungen 12, 13 axial gesichert.
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Der Vorspannring 14 ist korbartig mit mehreren Schlitzen 15 und somit radial elastisch ausgebildet. Radial innerhalb des Vorspannrings 14 ist ein ringartiges Dehnungselement 16 angeordnet, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer ist als der des metallischen Vorspannrings. Bei Temperaturerhöhung wächst das Volumen des Dehnungselements signifikant größer an als der Innendurchmesser des Vorspannrings 14. Dadurch übt das Dehnungselement eine Aufweitkraft auf den Vorspannring 14 aus.
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Die Verbindung der beiden Biegungen des „S“ des Vorspannrings 14 bildet eine ringartig den zylindrischen Teil der Stangendichtung 3 umschließende Führung 17, so dass ein ringartiger Freiraum 18 zwischen der Kolbenstange und der Führung 17 gebildet ist, dessen Ringquerschnitt sich mit zunehmendem axialen Abstand von der Stangendichtung 3 erweitert. Bei Temperaturerhöhung wächst auch das Volumen der Stangendichtung 3. Dabei kann das elastische Material der Stangendichtung in den Freiraum 18 hineinfließen, so dass die Volumenvergrößerung der Stangendichtung 3 nicht zu einer Erhöhung der Anlagekraft führt, mit der die Stangendichtung 3 an der zylindrischen Mantelfläche der Kolbenstange 2 anliegt.
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Bei Temperaturverringerung und entsprechender Volumenverringerung der Stangendichtung 3 zieht diese sich wieder aus dem Freiraum zurück.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 weist eine ringförmige Stangendichtung 3’ aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff auf, die mit annähernd L-förmigem Querschnitt aus einem etwa zylindrischen Teil 4’ und einem flanschartigen Befestigungsbereich 5’ am außenseitigen Ende des zylindrischen Teils 4’ besteht. Der Befestigungsbereich 5’ ist in eine koaxiale, axial offene Ringnut 19 eines Deckels 11’ eingesetzt. Die Topföffnung des topfartig ausgebildeten Deckels 11’ ist durch eine bodenartige Stangenführung 8’ verschlossen, so dass in der Topföffnung eine Kammer 21 gebildet ist. In der Kammer 21 ist ein mit seinem einen axialen Ende an der Stangenführung 8’ abgestütztes ringartiges Führungselement 22 angeordnet. An der der Stangenführung 8’ abgewandten Stirnseite des Führungselements 22 ist eine Tellerfeder 23 mit ihrem einen Ende abgestützt, die mit ihrem anderen Ende den Befestigungsbereich 5’ in die Ringnut 19 und gegen eine radiale Stützwand 24 der Ringnut 19 kraftbeaufschlagt.
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Das Führungselement 22 umschließt zumindest teilweise den zylindrischen Teil 4’ der Stangendichtung 3’ und bildet axial an die Stangendichtung 3’ anschließend einen ringartigen Freiraum 18’, dessen Ringquerschnitt sich mit zunehmenden radialem Abstand von der Stangendichtung 3’ erweitert. Die Wand der Durchgangsöffnung des Führungselements 22 bildet dabei eine sich kontinuierlich erweiternde Führung 17’.
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Wie in den 2 und 4 dargestellt, weist der mit Dichtleisten 7 versehene Innendurchgang 6 der Stangendichtung 3’ bei nicht eingeführter Stange 26 einen axial annähernd konusartigen sich verjüngenden Querschnitt auf, wobei der dem Durchmesser der Stange 26 entsprechende größte Durchmesser des Innendurchgangs 6 sich am Ende des Befestigungsbereichs 5’ befindet. Die äußere Mantelfläche des Teils 4’ der Stangendichtung 3’ ist zylindrisch.
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Wird die Stange 26 in die Stangendichtung 3’ und durch eine Durchführöffnung 27 der Stangenführung 8’ hindurchgeführt (3), so wird der Teil 4’ der Stangendichtung 3’ aufgeweitet. Dabei gelangt die äußere Mantelfläche des Teils 4’ der Stangendichtung 3’ in Anlage an die Führung 17’.
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Bei Temperaturerhöhung wächst auch das Volumen der Stangendichtung 3’. Dabei kann das elastische Material der Stangendichtung 3’ entlang der Führung 17’ in den Freiraum 18’ hineinfließen, so dass die Volumenvergrößerung der Stangendichtung 3’ nicht zu einer Erhöhung der Anlagekraft führt, mit der die Stangendichtung 3’ an der zylindrischen Mantelfläche der Kolbenstange 2 anliegt.
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Die Volumenvergrößerung des Befestigungsbereichs 5’ wird durch eine koaxiale, axial offene radial umlaufende Ringnut 20 in dem Befestigungsbereich 5’ kompensiert.
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Bei Temperaturverringerung und entsprechender Volumenverringerung der Stangendichtung 3’ zieht diese sich wieder aus dem Freiraum 18’ zurück.
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Das Ausführungsbeispiel der Stangendichtung 3’’ der 4 und 5 entspricht bis auf die Ringnut 20 der Stangendichtung 3’ der 2 und 3.
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Die 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Stangendichtung 3’’’, bei der im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 5 die äußere Mantelfläche des Teils 4’’ der Stangendichtung 3’’’ bei nicht eingeführter Stange 26 zum freien Ende des Teils 4’’ hin sich konisch verjüngt und bei eingeführter Stange sich zu einer Zylinderform erweitert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 2
- Kolbenstange
- 3
- Stangendichtung
- 3’
- Stangendichtung
- 3’’
- Stangendichtung
- 3’’’
- Stangendichtung
- 4
- zylindrischer Teil
- 4’
- zylindrischer Teil
- 4’’
- zylindrischer Teil
- 5
- Befestigungsbereich
- 5’
- Befestigungsbereich
- 6
- Innendurchgang
- 7
- Dichtleisten
- 8
- Stangenführung
- 8’
- Stangenführung
- 9
- Innensteg
- 10
- Außensteg
- 11
- Deckel
- 11’
- Deckel
- 12
- Eindrückung
- 13
- Eindrückung
- 14
- Vorspannring
- 15
- Schlitze
- 16
- Dehnungselement
- 17
- Führung
- 17’
- Führung
- 18
- Freiraum
- 18’
- Freiraum
- 19
- Ringnut
- 20
- Ringnut
- 21
- Kammer
- 22
- Führungselement
- 23
- Tellerfeder
- 24
- Stützwand
- 26
- Stange
- 27
- Durchführöffnung
