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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Dichtring aus einem gummielastischen Werkstoff und eine Dichtungsanordnung, die einen solchen Dichtring umfasst.
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Stand der Technik
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Ein solcher Dichtring und eine solche Dichtungsanordnung sind allgemein bekannt, wobei der vorbekannte Dichtring als O-Ring, X-Ring oder D-Ring ausgebildet ist. Der vorbekannte Dichtring gelangt zur statischen Abdichtung von zwei gegeneinander abzudichtenden Maschinenelementen zur Anwendung, die von dem Dichtring unter elastischer Vorspannung dichtend berührt sind. Die beiden Maschinenelemente sind radial relativ ortsfest zueinander angeordnet, wobei eines der Maschinenelemente eine radial in Richtung des anderen Maschinenelements offene Einbaunut aufweist, in der der Dichtring angeordnet ist.
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Der Dichtungswerkstoff des O-Rings oder D-Rings wird in radialer Richtung zwischen den beiden Maschinenelementen verpresst, um eine statische Abdichtung zu bewirken. Insbesondere dann, wenn sich die beiden gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente in radialer Richtung relativ zueinander verlagern, können weder ein O-Ring noch ein D-Ring diese dynamischen Lagetoleranzen wirkungsvoll ausgleichen. Verlagern sich die beiden gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente in radialer Richtung relativ zueinander, werden O-Ring und D-Ring an einer ihrer Umfangsstellen stark verpresst und an der radial gegenüberliegenden Umfangsstelle entsprechend stark entlastet. Durch die Verpressung an der einen Umfangsstelle kann die Anpresskraft, mit der der Dichtring die abzudichtenden Flächen berührt, unerwünscht groß werden. Ein hoher abrasiver Verschleiß des Dichtrings wäre die Folge. Der radial gegenüberliegende Umfangsbereich kann derart stark entlastet werden, dass die Anpresskraft des Dichtrings an den abzudichtenden Maschinenelementen für eine gute statische Abdichtung nicht mehr ausreicht oder dass der Dichtring sogar von den abzudichtenden Oberflächen abhebt.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Dichtring und eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass der Dichtring und die Dichtungsanordnung gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweisen, dass der Dichtring auch zur dynamischen Abdichtung von zwei gegeneinander abzudichtenden Maschinenelementen zur Anwendung gelangen kann und dass die Reibung des Dichtrings bei dynamischer Abdichtung und daraus resultierend der Verschleiß minimiert sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 und Anspruch 10 gelöst. Auf eine vorteilhafte Ausgestaltung nehmen die darauf jeweils rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Dichtring aus einem gummielastischen Dichtungswerkstoff vorgesehen, der – im Längsschnitt betrachtet – im Wesentlichen V-förmig ausgebildet ist.
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Prinzipiell können der erfindungsgemäße Dichtring und die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung, die den Dichtring umfasst, für alle pneumatischen und hydraulischen Anwendungen eingesetzt werden. Durch den erfindungsgemäßen Dichtring können Sonderbauformen eines O-Rings, zum Beispiel ein X-Ring oder ein D-Ring, ersetzt werden, die üblicherweise statisch abdichten. Die V-förmige Gestalt des Dichtrings hat den Vorteil, dass dynamische Lagetoleranzen der gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings derart ausgeglichen werden können, dass sich die Anpresskraft, mit der der Dichtring die Maschinenelemente dichtend berührt, praktisch nicht verändert. Auch dann, wenn sich die gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente in radialer Richtung relativ zueinander verlagern, weist der V-förmig ausgebildete und nach Art einer Tellerfeder funktionierende Dichtring eine derart große Flexibilität in radialer Richtung auf, dass die Anpresskraft des Dichtrings radial innenumfangsseitig und radial außenumfangsseitig entlang des gesamten Umfangs des Dichtrings im Wesentlichen konstant ist. Hierbei ist von Vorteil, dass der Dichtring auch für dynamische Anwendungen benutzt werden kann, also wenn sich die beiden abzudichtenden Maschinenelemente relativ zueinander translatorisch hin- und herbewegen.
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Der Dichtring kann durch seine gute Flexibilität in radialer Richtung derart ausgelegt werden, dass die Anpresskraft in radialer Richtung minimal und gerade so groß ist, dass eine zuverlässige Abdichtung zwischen den gegeneinander abzudichtenden Maschinenelementen erfolgt. Eine Reserve-Anpresskraft für den Fall, dass dynamische Lagetoleranzen der gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente ausgeglichen werden müssen, brauchen bei der Konstruktion des Dichtrings durch seine V-förmige Gestalt nicht berücksichtigt zu werden.
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Durch die vergleichsweise geringe Anpresskraft des Dichtrings an den Maschinenelementen ist von Vorteil, dass der Verschleiß der Dichtrings während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung auf ein Minimum reduziert ist und der Dichtring und die Dichtungsanordnung dadurch gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweisen.
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Der dynamische Dichtring kann eine dynamisch beanspruchte Dichtlippe und zwei statisch beanspruchte und als Wiederlager für die Dichtlippe ausgebildete Dichtwulste umfassen.
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Der Dichtring weist bevorzugt nur eine dynamisch beanspruchte Dichtlippe auf. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist von Vorteil, dass durch die nur eine Dichtlippe diese Dichtlippe bei dynamischen Anwendungen stets ausreichend gut geschmiert ist. Durch die ausreichend gute Schmierung ist der Abrieb der Dichtlippe, insbesondere bei kleinen Hüben des dynamisch abzudichtenden Maschinenelements, nur sehr gering.
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Würde der Dichtring zum Beispiel zwei dynamisch beanspruchte Dichtlippen umfassen, die in einer funktionstechnischen Reihenschaltung axial zueinander benachbart angeordnet wären, wäre die Dichtlippe, die axial in Richtung Umgebung angeordnet ist, nur unzureichend geschmiert, so dass es zu einer unerwünscht großen Reibung, daraus resultierend zu einem hohen Verschleiß und dadurch zu einer nur kurzen Lebensdauer des Dichtrings kommen würde.
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Die Dichtlippe kann im Wesentlichen axial mittig des Dichtrings angeordnet sein. Der Dichtring weist dadurch ein im Wesentlichen symmetrisches Verformungsverhalten auch dann auf, wenn sich die gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente in radialer Richtung relativ zueinander verlagern. Durch dieses symmetrische Verformungsverhalten sind auch die Dichtwulste gleichmäßig beansprucht, und die Anpresskräfte der Dichtwulste am entsprechenden abzudichtenden Maschinenelement sind übereinstimmend groß.
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Die Dichtwulste können einander mit axialem Abstand benachbart zugeordnet sein, wobei axial zwischen den Dichtwulsten eine konkave Einwölbung angeordnet ist. Der Dichtring besteht aus einem gummielastischen Dichtungswerkstoff, zum Beispiel aus einem elastomeren Werkstoff, der per Definition inkompressibel ist. Während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung wird der Dichtring elastisch nachgiebig verformt, so zum Beispiel auch die Dichtwulste, die den Nutgrund der Einbaunut unter elastischer Vorspannung dichtend berühren. Der durch die elastische Vorspannung verdrängte Werkstoff der Dichtwulste wird in der konkaven Einwölbung drucklos aufgenommen. Die Anpresskraft, mit der die Dichtlippe die abzudichtende Oberfläche dichtend berührt, bleibt dadurch stets im Wesentlichen konstant, ebenso wie die Reibung zwischen der Dichtlippe und der abzudichtenden Oberfläche. Im Hinblick auf eine lange Gebrauchsdauer bei gleichbleibend guten Gebrauchseigenschaften ist das von Vorteil.
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Die Dichtwulste axial beiderseits der konkaven Einwölbung sorgen einerseits für eine statische Abdichtung des Einbauraums im entsprechenden abzudichtenden Maschinenelement und andererseits dafür, dass der Dichtring während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung kippsicher in seinem Einbauraum angeordnet ist. Die Kippsicherheit des Dichtrings wird vergrößert, je weiter die Dichtwulste axial an den Stirnseiten des Dichtrings angeordnet sind.
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Die Kippsicherheit des Dichtrings in seinem Einbauraum ist wichtig, weil der Dichtring durch die axiale Hin- und Herbewegung des abzudichtenden Maschinenelements generell zum Verkippen neigt.
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Daher ist es vorteilhaft, dass die Dichtwulste in die entsprechenden Stirnseiten des Dichtrings übergehend ausgebildet sind. Dadurch sind die Dichtwulste mit einem maximalen axialen Abstand zueinander benachbart angeordnet. Die Kippsicherheit des Dichtrings in seinem Einbauraum ist dadurch am größten, was insbesondere dann von hervorzuhebendem Vorteil ist, wenn der Dichtring relativ zueinander translatorisch hin- und herbewegbare Maschinenelemente gegeneinander abdichtet.
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Der Dichtring kann eine im Wesentlichen übereinstimmende radiale Schnurdicke entlang seiner axialen Schnurdicke aufweisen. Durch die im Wesentlichen übereinstimmende radiale Schnurdicke ist die Herstellung eines solchen Dichtrings besonders prozesssicher weil der Dichtring insgesamt ein gleichmäßiges Schrumpfverhalten aufweist.
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Das Verhältnis aus axialer Schnurdicke des Dichtrings zu seiner radialen Schnurdicke beträgt bevorzugt 1,5 bis 2,5, weiter bevorzugt 2. Ein solches Verhältnis hat sich für die meisten Anwendungsfälle als zweckmäßig bewährt. Generell ist die Anpresskraft, mit der der Dichtring die gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente dichtend berührt, umso geringer, je größer die axiale Schnurdicke und je kleiner die radiale Schnurdicke des Dichtrings ist.
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Der Dichtring kann einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sein. Hierbei ist von Vorteil, dass der Dichtring einfach und kostengünstig herstellbar ist. Außerdem ist von Vorteil, dass der Dichtring im Anschluss an seine Gebrauchsdauer sortenrein recyclebar ist.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung, umfassend einen Dichtring wie zuvor beschrieben, wobei der Dichtring zwei gegeneinander abzudichtende Maschinenelemente unter elastischer Vorspannung dichtend berührt, wobei der Dichtring in einer radial in Richtung eines abzudichtenden ersten Maschinenelements offenen Einbaunut eines zweiten Maschinenelements angeordnet ist, wobei das erste Maschinenelement in axialer Richtung translatorisch hin- und herbewegbar und von der Dichtlippe dynamisch dichtend berührt ist und wobei die Dichtwulste das zweite Maschinenelement jeweils statisch dichtend berühren. Bei einer solchen Dichtungsanordnung ist die Reibkraft zwischen dem Dichtring und den gegeneinander abzudichtenden Maschinenelementen signifikant reduziert, und der Dichtring hält trotz der geringen Reibkraft Drücken von bis zu 200 bar und mehr stand. Überraschender Weise hat sich herausgestellt, dass der erfindungsgemäße Dichtring auch bei Anwendung in der zuvor genannten Dichtungsanordnung gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweist. Insbesondere ist überraschend, dass ein an sich für eine statische Abdichtung vorgesehener, einstückig und materialeinheitlich ausgebildeter Dichtring auch dann gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweist, wenn ein in axialer Richtung translatorisch hin- und herbewegbares Maschinenelement abdichtet wird. Die signifikante Reduzierung der Reibkraft wird dadurch erreicht, dass der V-förmige Dichtring in radialer Richtung sehr flexibel, quasi schwimmend, innerhalb der Einbaunut angeordnet ist.
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Der Dichtring zwischen den beiden Maschinenelementen ist nicht verpresst, sondern ausschließlich auf Scherung beansprucht.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dichtrings in einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung wird nachfolgend anhand der 1 und 2 näher erläutert.
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Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
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In 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtrings in seiner herstellungsbedingten Form als Einzelteil,
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in 2 den Dichtring aus 1, eingebaut in die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung, wobei der Dichtring in der Einbaunut angeordnet ist.
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Ausführung der Erfindung
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dichtrings gezeigt. Der Dichtring besteht aus einem gummielastischen Werkstoff und ist, im gezeigten Längsschnitt betrachtet, im Wesentlichen V-förmig ausgebildet.
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Durch die V-Form bedingt, weist der Dichtring die dynamisch beanspruchte Dichtlippe 1 und die beiden statisch beanspruchten und als Widerlager für die Dichtlippe 1 ausgebildeten Dichtwulste 2, 3 auf. Der Dichtring ist vorgesehen, um ein translatorisch an der Dichtlippe 1 vorbei bewegliches erstes Maschinenelement 9 gegenüber einem zweiten Maschinenelement 10 abzudichten, wobei das zweite Maschinenelement 10 die Einbaunut 11 aufweist, in der der Dichtring angeordnet ist.
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Bezogen auf eine axial des Dichtrings mittig angeordnete, gedachte Radialebene 14 ist der Dichtring symmetrisch ausgebildet und hat eine im Wesentlichen übereinstimmende radiale Schnurdicke 7 entlang seiner axialen Schnurdicke 8. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis aus der axialen Schnurdicke 8 zur radialen Schnurdicke 7 zwei. Der Dichtring ist einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet.
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Die beiden einander radial gegenüberliegenden Oberflächen des Dichtrings sind im Wesentlichen kongruent zueinander ausgebildet. Axial zwischen den beiden Dichtwulsten 2, 3 ist die konkav ausgebildete Einwölbung 4 angeordnet.
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In 2 ist der Dichtring aus 1 in der Einbaunut 11 des zweiten Maschinenelements 10 angeordnet und dichtet mit seiner Dichtlippe 1 die Oberfläche des abzudichtenden ersten Maschinenelements 9 dynamisch ab. Das abzudichtende Medium 16 befindet sich im abzudichtenden Raum 17. Der Dichtring berührt die beiden Maschinenelemente 9, 10 unter elastischer Vorspannung anliegend, wobei der Dichtungswerkstoff, aus dem der Dichtring besteht, insgesamt nicht verpresst sondern im eingebauten Zustand des Dichtrings auf Scherung beansprucht ist. Dadurch ist eine besonders große Flexibilität des Dichtrings in radialer Richtung gegeben. Dynamische Lagetoleranzen der gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente 9, 10 können durch die gute Flexibilität des Dichtrings in radialer Richtung ausgeglichen werden und zwar ohne dass sich die Anpresskraft zwischen der Dichtlippe 1 und der Oberfläche des abzudichtenden ersten Maschinenelements 9 und die Anpresskraft zwischen den Dichtwulsten 2, 3 und dem Nutgrund 15 der Einbaunut 11 des zweiten Maschinenelements 10 merklich verändern würde.
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Die Einbaunut 11 weist eine größere axiale Ausdehnung auf, als die axiale Schnurdicke 8 des Dichtrings 1, so dass der Dichtring innerhalb der Einbaunut 11 in axialer Richtung hin- und herbeweglich ist.
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Würden im hier dargestellten Ausführungsbeispiel dynamische Lagetoleranzen der Maschinenelement 9, 10 in radialer Richtung relativ zueinander auftreten und die beiden abzudichtenden Maschinenelemente 9, 10 würden ihre Lage in radialer Richtung relativ zueinander verändern, wäre der Dichtring durch sein V-Form in der Lage, diese dynamischen Lagetoleranten auszugleichen und die gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente 9, 10 stets mit der im Wesentlichen selben Anpresskraft dichtend zu berühren.
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Die Rotationsachse in den 1 und 2 trägt das Bezugszeichen 18.
