DE102014217392A1

DE102014217392A1 - Dichtungsanordnung mit druckaktivierbarem Vorspannelement

Info

Publication number: DE102014217392A1
Application number: DE102014217392.2A
Authority: DE
Inventors: Holger Jordan; Eric Seeling
Original assignee: Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH
Current assignee: Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2016-03-03
Also published as: PL3189254T3; CN107429845B; US20170159821A1; WO2016034474A1; EP3189254A1; JP2017527762A; US10088051B2; BR112017000586A2; DK3189254T3; ES2682400T3; EP3189254B1; KR20170046177A; CN107429845A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung (10) umfassend: – ein erstes Maschinenteil (12) und ein zweites Maschinenteil (14), die unter Ausbildung eines Dichtspalts (16) voneinander beabstandet und entlang einer Bewegungsachse (18) relativ zueinander bewegbar angeordnet sind; – ein Dichtungselement (20) mit einer Dichtlippe (30), das in einer Dichtungshaltestruktur (22) des ersten Maschinenteils (12) gehalten angeordnet ist, wobei sich die Dichtlippe (30) in axialer Richtung von der Dichtungshaltestruktur (22) wegerstreckt; – ein Vorspannelement (34), das in einer Haltenut (32) des ersten Maschinenteils (12) angeordnet ist und mittels dessen die Dichtlippe (30) gegen eine Dichtfläche (38) des zweiten Maschinenteils (14) vorspannbar ist, um einen mit einem Betriebsdruck beaufschlagbaren Hochdruckbereich (H) gegenüber einem Niederdruckbereich (N) der Dichtungsanordnung (10) abzudichten, wobei die Haltenut (32) oder die Dichtlippe (30) eine Keilführungsfläche (40, 42) für das Vorspannelement (34) aufweist, die unter einem Winkel α mit α < 90° zur Bewegungsachse (18) schräg verlaufend angeordnet ist und wobei das Vorspannelement (34) durch eine hochdruckseitige Beaufschlagung mit dem Betriebsdruck (P1, Pmax) gegen die und entlang der Keilführungsfläche (40, 42) bewegbar ist, um die Dichtlippe (30) mit einer aus dem Betriebsdruck (P1, Pmax) abgeleiteten Anpresskraft (Fquer, Fquer.max) gegen die Dichtfläche (38) vorzuspannen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung mit einem ersten Maschinenteil und mit einem zweiten Maschinenteil, wobei die beiden Maschinenteile unter Ausbildung eines Dichtspalts voneinander beabstandet entlang einer Bewegungsachse relativ zueinander bewegbar angeordnet sind. Die Dichtungsanordnung umfasst ein Dichtungselement mit einer Dichtlippe, das in einer Dichtungshaltestruktur eines der beiden Maschinenteile gehalten angeordnet ist, wobei sich die Dichtlippe in axialer Richtung von der Dichtungshaltestruktur wegerstreckt. Ein Vorspannelement dient dazu, die Dichtlippe gegen eine Dichtfläche des zweiten Maschinenteils vorzuspannen, um einen Hochdruckbereich gegenüber einem Niederdruckbereich der Dichtungsanordnung abzudichten. Das Vorspannelement ist in einer Haltenut des ersten Maschinenteils angeordnet.
Derartige Dichtungsanordnungen sind bei vielen technischen Anwendungen, beispielsweise bei Schwingungsdämpfern, hydraulischen Aktuatoren, Servozylindern, oder auch Federungen im Bereich der Zweiradtechnik, etabliert und beispielsweise aus der DE 10 2012 218 358 A1 bekannt geworden.
Die Standzeiten der Dichtungsanordnungen hängen in entscheidender Weise von einem Verschleiß des verbauten Dichtungselements ab. Ein für den Verschleiß des Dichtungselements relevanter Faktor ist dabei die Reibung der an der Dichtfläche des zweiten Maschinenteils anliegenden Dichtlippe des Dichtungselements. Bei einer Reihe von technischen Anwendungen wird die Dichtungsanordnung im Einbauzustand nur selten, d. h. sporadisch, betätigt, wobei die beiden Maschinenteile dennoch im Betriebseinsatz anhaltend im Sinne eines Leerlaufbetriebs gegeneinander bewegt werden. Dies ist beispielsweise bei sogenannten Führerhauskippzylindern zum Verkippen und ggf. Halten des verkippten Führerhauses eines Lastkraftwagens gegenüber einem Fahrzeugrahmen der Fall. Derlei Dichtungsanordnungen müssen ungeachtet Ihrer Dauerbeanspruchung während des Leerlaufbetriebs im Bedarfsfall einsatzbereit sein und ein ausreichendes Dichtungsvermögen gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine eingangs genannte Dichtungsanordnung derart weiterzubilden, dass diese bei geringen Fertigungskosten eine verbesserte Standzeit aufweist und dabei zugleich für Hoch- und Höchstdruckanwendungen geeignet ist. Die Dichtung soll insbesondere auch für einen vorstehend erläuterten Leerlaufbetrieb geeignet sein.
Die erfindungsgemäße Aufgabenstellung wird durch eine Dichtungsanordnung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung wird das Vorspannelement bzw. eine dem Hochdruckbereich zuweisende Stirnseite des Vorspannelements, aufgrund der fluidischen Verbindung der Haltenut mit dem Hochdruckbereich mit dem im Hochdruckbereich herrschenden Betriebsdruck eines Arbeitsmediums, insbesondere Arbeitsfluids, beaufschlagt. Das Vorspannelement wird dadurch in der Haltenut in Richtung der Bewegungsachse gegen die und entlang der Keilführungsfläche gepresst und unter Anlage an der Keilführungsfläche, sofern das Vorspannelement elastisch verformbar ist, verformt. Das Vorspannelement drückt infolgedessen die Dichtlippe des Dichtungselements mit einer aus dem jeweiligen Betriebsdruck abgeleiteten Anpresskraft gegen die Dichtfläche des zweiten Maschinenteils. Dies bedeutet, dass das Dichtvermögen des Dichtungselements durch den im Hochdruckbereich der Dichtungsanordnung herrschenden Betriebsdruck gesteuert werden kann. Die Dichtlippe liegt an der Dichtfläche des zweiten Maschinenteils mit anderen Worten mit einer Kontaktpressung an, die sich zumindest über ein definiertes Betriebsdruckintervall mit dem im Hochdruckbereich der Dichtungsanordnung herrschenden Betriebsdruck gleichsinnig verändert. Steigt der im Hochdruckbereich herrschende Betriebsdruck der Dichtungsanordnung, den es mittels des Dichtungselements gegenüber dem Niederdruckbereich abzudichten gilt, so steigt auch die Anpresskraft, mit der die Dichtlippe des Dichtungselements durch das Vorspannelement gegen die Dichtfläche des zweiten Maschinenteils gepresst (vorgespannt) wird und umgekehrt. Dadurch kann ein dem Bedarf entsprechendes dynamisches Dichtungsvermögen des Dichtungselements auf konstruktiv einfachste Weise realisiert werden. Die Dichtungsanordnung ist darüber hinaus im besonderen Maße für die eingangs erläuterten technischen Anwendungen geeignet, bei denen die beiden Maschinenteile der Dichtungsanordnung anhaltend passiv gegeneinander verstellt werden, ohne dass die Dichtungsanordung tatsächlich betätigt (aktiviert) wird. Die Reibung zwischen der Dichtlippe und der Dichtfläche des zweiten Maschinenteils kann bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung für einen solchen „Leerlaufbetrieb” der Dichtungsanordnung minimiert werden, indem die Dichtlippe die Dichtfläche im nicht-druckbeaufschlagten Betriebszustand der Dichtungsanordnung ohne eine Kontaktpressung bzw. Vorspannung oder mit einer nur geringen Kontaktpressung kontaktiert. Einem unnötigen Verschleiß des Dichtungselements kann dadurch selbst bei hohen Beschleunigungen bzw. Bewegungsgeschwindigkeiten der beiden Maschinenteile relativ zueinander zuverlässig entgegengewirkt werden. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung weist einen einfachen konstruktiven Aufbau auf und ist im Übrigen aufgrund der geringen Anzahl ihrer Bauteile kostengünstig zu fertigen.
Die Keilführungsfläche ist erfindungsgemäß vorzugsweise unter einem Winkel α mit 20° ≤ α ≤ 80° zur Dichtfläche schräg verlaufend angeordnet. Je kleiner der Winkel α ist, desto feinfühliger ist dabei das Ansprechverhalten der Dichtungsanordnung auf Änderungen des Betriebsdrucks.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Keilführungsfläche zumindest zwei Längsabschnitte aufweisen, die mit unterschiedlichen Winkeln α zur Dichtfläche schräg verlaufend angeordnet sind. Dadurch kann beispielsweise das Ansprechverhalten der Dichtungsanordnung dem Bedarf entsprechend eingestellt werden. So kann die Keilführungsfläche beispielsweise einen dem Hochdruckbereich zuweisenden ersten Längsabschnitt mit einer geringeren ersten Steigung gegenüber der Dichtfläche und einen sich daran in Richtung auf die Niederdruckseite anschließenden zweiten Längsabschnitt mit einer gegenüber der ersten Steigung größeren zweiten Steigung aufweisen.
Im Hinblick auf eine möglichst geringe Reibung zwischen der Dichtlippe und der Dichtfläche im eingangs genannten Leerlaufbetrieb der Dichtungsanordnung hat es sich als vorteilhaft ergeben, wenn das Vorspannelement derart dimensioniert ist, dass das Dichtungselement im nicht druckbeaufschlagten Zustand des Hochdruckbereichs ohne eine Vorspannung oder mit einer definierten (Grund-)Vorspannung an der Dichtfläche anliegt. Im letztgenannten Fall ist die (Grund-)Vorspannung vorzugsweise derart klein gewählt, dass sich die daraus ergebende Reibung zwischen der Dichtlippe und der Dichtfläche im Betrieb einen vernachlässigbaren Verschleiß des Dichtungselements zur Folge hat.
Unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten ist die Keilführungsfläche der Haltenut vorteilhaft mit einer niederdruckseitig angeordneten Nutflanke der Haltenut verbunden oder bildet diese. Dadurch kann die Keilführungsfläche (gemeinsam mit der Haltenut) unmittelbar durch das Material des ersten Maschinenteils oder durch einen am ersten Maschinenteil befestigtes Einsatzteil gebildet werden.
Die Keilführungsfläche und/oder ein Nutgrund der Haltenut kann zwecks eines möglichst geringen Stick-slip-Effekts bzw. Gleitreibung des daran anliegenden Vorspannelements erfindungsgemäß mit einer, vorzugsweise trockenschmierenden, Gleitbeschichtung versehen sein. Die Gleitbeschichtung kann insbesondere ein Polymermaterial, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, oder auch ein Metall bzw. eine Metalllegierung, umfassen.
Das Vorspannelement kann, insbesondere im Falle der durch die Haltenut bzw. das erste Maschinenteil gebildeten Keilführungsfläche gummielastisch verformbar sein. Das Vorspannelement besteht dabei vorzugsweise aus einem Elastomer.
Für eine Feineinstellung einer Grundvorspannung der Dichtlippe gegen die Dichtfläche im nicht-druckbeaufschlagten Zustand der Dichtungsanordnung kann die Haltenut bzw. das erste Maschinenteil ein Justierteil für das Vorspannelement aufweisen. Das Justierteil kann dabei am ersten Maschinenteil quer zur Bewegungsachse der beiden Maschinenteile relativ zum zweiten Maschinenteil verstellbar angeordnet sein. Das Vorspannelement ist nutgrundseitig am Justierteil abgestützt. Das Justierteil kann ein zum Nutgrund der Haltenut separates Bauteil sein oder diesen umfassen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Justierteil manuell oder druckmittelbetätigt bzw. elektromotorisch verstellbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Haltenut eine zweite Nutflanke auf, die zur Bewegungsachse schräg verlaufend angeordnet ist. Die zweite Nutflanke ist der ersten Nutflanke in axialer Richtung gegenüberliegend angeordnet. Dadurch kann die Dichtungsanordnung auch bei einer Druckinversionslage zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich und einer ggf. kurzfristigen hochruckseitigen axialen Auslenkung des Vorspannelements aus seiner axialen Ausgangsposition in dieselbe zurückgleiten. Die Ausgangsposition entspricht der axialen Position des Vorspannelements relativ zum ersten Maschinenteil im nicht-druckbeaufschlagten Betriebszustand der Dichtungsanordnung.
Das Dichtungselement kann aus Polytetrafluorethylen oder einem anderen zähelastischen Werkstoff, insbesondere Polymerwerkstoff, gebildet sein.
Unter fertigungstechnischen Aspekten hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dichtungshaltestruktur eine oder mehrere Nuten umfasst, in der das Dichtungselement im Presssitz gehalten angeordnet ist. Das Dichtungselement kann dadurch auf einfache Weise in die Nuten der Dichtungshaltestruktur eingepresst werden. Im Falle einer als Radialdichtungselement ausgebildeten Dichtungselements kann dies beispielsweise über einen in das erste Maschinenelement eingeführten Montagedorn erfolgen.
Die Nut/Nuten der Dichtungshaltestruktur kann/können sich insbesondere in Richtung auf die Bewegungsachse erweitern. Dadurch kann das Dichtungselement einerseits vereinfacht mit der Dichtungshaltestruktur des ersten Maschinenteils verpresst werden. Darüber hinaus kann dadurch einem Einkerben bzw. ein Abscheren des Dichtungselements im Bereich einer Nutkante der Nuten bei axial am Dichtungselement angreifenden Kräften entgegengewirkt werden.
Das Dichtungselement weist bevorzugt einen oder mehrere Gleitführungsabschnitte auf, an dem/denen das zweite Maschinenteil im Gleitspiel-Formschluss geführt ist. Das Dichtungselement dient dadurch einer Lagerung des zweiten Maschinenteils. Der Gleitführungsabschnitt ist dabei in Querrichtung zur Bewegungsachse an dem ersten Maschinenteil formschlüssig anliegend abgestützt, so dass die Lagerungsqualität allein durch eine zähelatische oder gummielastische Verformung, nicht aber durch eine Deflektion bzw. Auslenkung des Gleitführungsabschnitts gegenüber dem ersten Maschinenteil bestimmt ist. Das durch den Gleitführungsabschnitt gebildete Gleitlager für das zweite Maschinenteil kann dadurch quer zur Bewegungsachse zäh- oder gummielastisch verformbar ausgebildet sein.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann das Dichtungselement eine zweite Dichtlippe aufweisen, die sich von der Dichtungshaltestruktur in einer zur ersten Dichtlippe entgegengesetzten Richtung axial wegerstreckt. Der zweiten Dichtlippe kann in einer zu der ersten Dichtlippe entsprechenden Weise ein in einer Haltenut angeordnetes Vorspannelement zugeordnet sein. Auch die zweite Haltenut kann mit zumindest einer Keilführungsfläche versehen sein.
Nach der Erfindung kann eines der beiden Maschinenteile insbesondere als ein Zylinder und das andere der beiden Maschinenteile als ein im Zylinder geführter Kolben ausgebildet sein. Das Dichtungselement ist in diesem Fall als ein ringförmiges Radialdichtungselement ausgebildet.
Die Dichtungsanordung kann bei einer Vielzahl unterschiedlicher technischer Aufgaben eingesetzt werden. So kann die Dichtungsanordnung beispielsweise als ein hydraulischer Aktuator, insbesondere Führerhauskippzylinder, als ein Schwingungsdämpfer oder als ein Stoßdämpfer ausgebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Figuren sind die Ausführungsbeispiele so dargestellt, dass die erfindungswesentlichen Bauteile sowie deren funktionelles Zusammenspiel gut zu erkennen sind.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine Dichtungsanordnung mit zwei gegeneinander verstellbar angeordneten Maschinenteilen, und mit einem Dichtungselement zum Abdichten eines Hochdruckbereichs gegenüber einem Niederdruckbereich der Dichtungsanordnung, wobei eine Dichtlippe des Dichtungselements über ein druckaktivierbares Vorspannelement gegen die Dichtfläche eines der beiden Maschinenteile vorspannbar ist.
2 die Dichtungsanordnung aus 1 bei einer Druckbeaufschlagung des Hochdruckbereichs mit einem ersten Betriebsdruck
3 die Dichtungsanordnung aus 1 bei einer Druckbeaufschlagung des Hochdruckbereichs mit einem maximalen Betriebsdruck P_max;
4 eine weiteres Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung;
5 eine Dichtungsanordnung mit einem Justierteil zum Einstellen einer Grundvorspannung der Dichtlippe gegen eine Dichtfläche eines der beiden Maschinenteile im nicht-druckbeaufschlagten Zustand der Dichtungsanordnung;
6 eine weiteres Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung; und
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung.
1 zeigt eine Dichtungsanordnung 10 mit einem ersten Maschinenteil 12 und mit einem zweiten Maschinenteil 14, die unter Ausbildung eines Dichtspalts 16 voneinander beabstandet angeordnet sind. Die beiden Maschinenteile 12, 14 sind entlang einer Bewegungsachse 18 relativ zueinander translatorisch bewegbar. Das erste Maschinenteil 12 kann beispielsweise als ein Zylinder und das zweite Maschinenteil 14 als ein im Zylinder geführter Kolben ausgebildet sein, wie dies in 1 der Fall ist.
Zur Abdichtung eines mit einem Betriebsdruck beaufschlagbaren Hochdruckbereichs N von einem Niederdruckbereich N der Dichtungsanordnung 10 dient ein mit 20 bezeichnetes Dichtungselement. Das Dichtungselement 20 ist vorliegend als ein ringförmiges Radialdichtungselement ausgebildet.
Das Dichtungselement 20 ist in einer Dichtungshaltestruktur 22 des ersten Maschinenteils 12 lagefixiert gehalten angeordnet. Die Dichtungshaltestruktur 22 umfasst vorliegend mehrere Nuten 24, in die sich das Dichtungselement 20 hineinerstreckt. Das Dichtungselement 20 wird bei seiner Montage am ersten Maschinenteil 12 in die Nuten 24 der Dichtungshaltestruktur 22 eingepresst und ist dadurch in den Nuten 24 dauerhaft im Presssitz gehalten angeordnet.
Wie aus 1 hervorgeht, weisen die Nuten 24 einen Querschnitt auf, der sich in Richtung auf die Bewegungsachse 18 erweitert. Dadurch wird das Verpressen des Dichtungselements 20 mit dem ersten Maschinenteil 12 vereinfacht. Darüber hinaus kann dadurch einem unerwünschten Einkerben des Dichtungselements 20 bzw. einem Abscheren des Dichtungselements 20 im Bereich von Nutkanten 26 der Nuten 24 bei axial am Dichtungselement 20 angreifenden Kräften (nicht gezeigt) entgegengewirkt werden.
Das Dichtungselement 20 dient bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich der Gleitlagerung des zweiten Maschinenteils 14 am ersten Maschinenteil 12. Das Dichtungselement 20 weist dazu einen Gleitführungsabschnitt 28 auf, an dem das zweite Maschinenteil 14 im Gleitspiel-Formschluss geführt ist. Der Gleitführungsabschnitt 28 überdeckt die Dichtungshaltestruktur 22 des ersten Maschinenteils 12 in radialer Richtung und liegt am ersten Maschinenteil 12 formschlüssig an. Der Gleitführungsabschnitt des Dichtungselements 20 ist somit über seine gesamte Längserstreckung in radialer Richtung am ersten Maschinenteil 12 abgestützt.
Das Dichtungselement 20 weist eine Dichtlippe 30 auf, die sich von der Dichtungshaltestruktur 22 in axialer Richtung wegerstreckt.
Die Dichtlippe 30 erstreckt sich in axialer Richtung axial bis über eine Haltenut 32 des ersten Maschinenteils 12. Die Haltenut 32 ist von der Dichtungshaltestruktur 22 des ersten Maschinenteils 12 und damit auch von dem Gleitführungsabschnitt 28 des Dichtungselements 20 axial beabstandet angeordnet.
In der Haltenut 32 ist ein Vorspannelement 34 angeordnet. Das Vorspannelement 34 ist aus einem gummielastisch verformbaren Material, beispielsweise einem Elastomer, gebildet. Das Vorspannelement 34 dient dazu, die Dichtlippe 30 des Dichtungselements 18 gegen eine Dichtfläche 36 des zweiten Maschinenteils 14 vorzuspannen (zu pressen).
Die Haltenut 32 weist einen Nutboden oder Nutgrund 38 auf, der in axialer Richtung über eine erste Keilführungsfläche 40 und eine zweite Keilführungsfläche 42 mit Nutflanken 44 verbunden ist. Die Nutflanken 44 sind zur Bewegungsachse 16 orthogonal verlaufend ausgerichtet.
Die erste und die zweite Keilführungsfläche 40, 42 sind in axialer Richtung jeweils unter einem einheitlichen Winkel α mit α < 90° zur Bewegungsachse schräg verlaufend angeordnet. Es versteht sich, dass sich die Winkel α der beiden Keilführungsflächen 40, 42 auch voneinander unterscheiden können. Die erste bzw. die zweite Keilführungsfläche kann unter einem Winkel α mit 20° ≤ α ≤ 80° zur Dichtfläche schräg verlaufend angeordnet sein.
Wie aus 1 hervorgeht, ist die Haltenut 32 über den Dichtspalt 16 mit der Hochdruckbereich H der Dichtungsanordnung 10 fluidisch verbunden. Dadurch ist das Vorspannelement 34 mit einem im Hochdruckbereich der Dichtungsanordnung jeweils herrschenden Betriebsdruck eines Mediums (nicht gezeigt) beaufschlagbar.
Das Vorspannelement 34 kann, wie dies in 1 gezeigt ist, im nicht druckbelasteten Betriebszustand d. Dichtungsanordnung 10 einen ovalen bzw. elliptischen oder einen anderen, beispielsweise runden oder polygonalen, Querschnitt aufweisen.
Das Vorspannelement 34 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel so bemessen, dass die Dichtlippe 30 im nicht druckbeaufschlagten Zustand der Dichtungsanordnung 10 bzw. des Hochdruckbereichs H an der Dichtfläche ohne eine Vorspannung (Kontaktpressung) formschlüssig anliegt. Nach einer alternativen Ausführungsform der Dichtungsanordnung 10 kann das Vorspannelement 34 so bemessen sein, dass die Dichtlippe 30 im nicht druckbeaufschlagten Zustand des Vorspannelements mit einer definierten Grundvorspannung gegen die Dichtfläche gepresst wird.
Im nicht druckbeaufschlagten Zustand ist das Dichtungselement 20 in seiner mit 46 bezeichneten axialen Ausgangsposition relativ zum ersten Maschinenelement 12 angeordnet.
Das Vorspannelement 34 ist durch eine hochdruckseitige Beaufschlagung mit dem Betriebsdruck derart gegen und entlang der ersten Keilführungsfläche 40 bewegbar, dass die Dichtlippe 20 durch das Vorspannelement 34 mit einer aus dem jeweiligen Betriebsdruck abgeleiteten (und damit variablen) Anpresskraft gegen die Dichtfläche 36 vorgespannt wird.
In 2 ist die Dichtungsanordnung 10 in einem druckbeaufschlagten zweiten Betriebszustand gezeigt, in dem der Hochdruckbereich H mit einem ersten Betriebsdruck P₁ beaufschlagt ist.
Durch die damit einhergehende Druckbeaufschlagung des Vorspannelements 34 wird auf das Vorspannelement 34 eine Verschiebekraft F_1axial in Richtung des Niederdruckbereichs N ausgeübt, durch die das Vorspannelement 34 aus seiner axialen Ausgangsposition 46 relativ zum ersten Maschinenteil 12 in eine davon beabstandet angeordnete erste Arbeitsposition 48 axial verschoben und unter Anlage an der ersten Keilführungsfläche 40 in radialer Richtung – entgegen seiner ihm innewohnenden elastischen Rückstellkraft – aufgeweitet wird. Das Vorspannelement drückt die Dichtlippe dadurch mit einer aus dem Betriebsdruck P₁ abgeleiteten Anpresskraft F_1quer gegen die Dichtfläche 38 des zweiten Maschinenteils 14. Ein Kontaktpressungsverlauf der Dichtlippe 30 gegen die Dichtfläche 38 ist mit den orthogonal zur Dichtfläche 38 verlaufenden Pfeilen verdeutlicht.
Bei einem sinkenden Betriebsdruck im Hochdruckbereich H rutscht das elastisch verformbare Vorspannelement 34 aufgrund seiner ihm innewohnenden Eigenelastizität aus seiner axial Stellung, d. h. aus der Arbeitsposition 48, entlang der ersten Keilführungsfläche 40 axial in Richtung auf den Hochdruckbereich H und seiner axialen Ausgangsposition 46 zurück.
In 3 ist die Dichtungsanordnung 10 in einem druckbeaufschlagten dritten Betriebszustand gezeigt, in dem der Hochdruckbereich H der Dichtungsanordnung 10 mit einem maximalen Betriebsdruck P_max beaufschlagt ist.
Durch die damit einhergehende Druckbeaufschlagung des Vorspannelements 34 wird auf das Vorspannelement 34 eine maximale Verschiebekraft F_axial.max in Richtung des Niederdruckbereichs N ausgeübt, durch die das Vorspannelement 34 aus seiner axialen Ausgangsposition 46 relativ zum ersten Maschinenteil 12 in eine davon beabstandet angeordnete zweite Arbeitsposition 50 axial verschoben und unter Anlage an der ersten Keilführungsfläche 40 in radialer Richtung – entgegen seiner ihm innewohnenden elastischen Rückstellkraft – aufgeweitet wird. Das Vorspannelement drückt die Dichtlippe dadurch mit einer aus dem Betriebsdruck P_max abgeleiteten Anpresskraft F_quer.max gegen die Dichtfläche 38 des zweiten Maschinenteils 14. Das Vorspannelement 34 liegt an der niederdruckseitigen Nuflanke 44 an. Ein Kontaktpressungsverlauf der Dichtlippe 30 gegen die Dichtfläche 38 ist mit den orthogonal zur Dichtfläche 38 verlaufenden Pfeilen verdeutlicht.
Bei einem sinkenden Betriebsdruck im Hochdruckbereich H rutscht das elastisch verformbare Vorspannelement 34 wie im Zusammenhang mit 2 erläutert, in Richtung auf den Hochdruckbereich H und seiner axialen Ausgangsposition 46 zurück.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung 10 in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung gezeigt. Die erste Keilführungsfläche 40 weist zwei Längsabschnitte 52 auf, die mit unterschiedlichen Winkeln α zur Dichtfläche schräg verlaufend angeordnet sind. Die niederdruckseitig angeordnete Nutflanke 44 der Haltenut 32 ist durch einen der Längsabschnitte 52 der ersten Keilführungsfläche 40 ausgebildet. Die erste Keilführungsfläche 42 ist somit unmittelbar mit einer dem zweiten Maschinenteil zuweisenden Oberfläche des ersten Maschinenteils 12 verbunden bzw. geht in diese über.
Die erste und ggf. die zweite Keilführungsfläche 40, 42 des ersten Maschinenteils 12 kann bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen mit einer Gleitbeschichtung 54 versehen sein, um eine möglichst reibungsarmes Gleiten des Vorspannelements 34 an der jeweiligen Keilführungsfläche 40 42 zu ermöglichen. Die Gleitbeschichtung 54 kann insbesondere trockenschmierend ausgeführt sein.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung 10 gezeigt, die sich von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen darin unterscheidet, dass in der Haltenut 32 ein Justierteil 56 für das Vorspannelement 34 angeordnet ist. Das Vorspannelement 34 liegt am Justierteil 56 an. Das Justierteil 56 ist relativ zum zweiten Maschinenteil 14 quer zur Bewegungsachse 18, d. h. vorliegend in einer radialen Richtung, verstellbar angeordnet. Mittels des Justierteils 56 kann eine Grundvorspannung des Vorspanelements gegen die Dichtlippe 30 und somit der Dichtlippe 30 gegen die Dichtfläche 38 eingestellt bzw. justiert werden.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung 10, bei dem die erste Keilführungsfläche 40 für das Vorspannelement 34 durch die Dichtlippe 30 selbst gebildet ist.
Das Vorspannelement 34 ist durch eine hochdruckseitige Beaufschlagung mit dem Betriebsdruck P derart gegen und entlang der ersten Keilführungsfläche 40 bewegbar, dass die Dichtlippe 20 durch das Vorspannelement 34 mit einer aus dem jeweiligen Betriebsdruck abgeleiteten (und damit variablen) Anpresskraft gegen die Dichtfläche 36 vorgespannt wird. Das Vorspannelement 34 wird dabei axial in Richtung auf die Niederdruckseite N bewegt und unter Anlage an der zur Bewegungsachse 18 schräg verlaufend angeordneten ersten Keilführungsfläche 40 in radialer Richtung komprimiert.
Die Dichtungsanordnung gemäß 7 unterscheidet sich von dem in den 1 bis 3 gezeigten Dichtungsanordnung im Wesentlichen darin, dass das erste Maschinenteil 12 als ein Kolben und das zweite Maschinenteil 14 als ein Zylinder ausgeführt ist, in dem der Kolben entlang der Bewegungsachse 18 translatorisch verstellbar geführt ist. Das Vorspannelement ist ringförmig ausgebildet. Das Dichtungselement 20 ist als ein Radialdichtungselement ausgeführt und mittels eines Spannelements 58, hier einer sogenannten Befestigungsschelle, an der Dichtungshaltestruktur 22 befestigt. Das Spannelement 58 umgreift das Dichtungselement 20 von außen und drückt dieses in eine der Nuten 24 der Dichtungshaltestruktur 22.
Das Dichtungselement 20 kann bei den in der Zeichnung gezeigten Dichtungsanordnungen insbesondere aus Polytetrafluorethylen oder einem anderen zähelastischen Werkstoff gebildet sein.
Die im Zusammenhang mit den 1 bis 7 erläuterten Dichtungsanordnungen 10 können beispielsweise als ein hydraulischer Aktuator, insbesondere Führerhauskippzylinder, Schwingungsdämpfer oder als Stoßdämpfer ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012218358 A1 [0002]

Claims

Dichtungsanordnung (10) umfassend: – ein erstes Maschinenteil (12) und ein zweites Maschinenteil (14), die unter Ausbildung eines Dichtspalts (16) voneinander beabstandet und entlang einer Bewegungsachse (18) relativ zueinander bewegbar angeordnet sind; – ein Dichtungselement (20) mit einer Dichtlippe (30), das in einer Dichtungshaltestruktur (22) des ersten Maschinenteils (12) gehalten angeordnet ist, wobei sich die Dichtlippe (30) in axialer Richtung von der Dichtungshaltestruktur (22) wegerstreckt; – ein Vorspannelement (34), das in einer Haltenut (32) des ersten Maschinenteils (12) angeordnet ist und mittels dessen die Dichtlippe (30) gegen eine Dichtfläche (38) des zweiten Maschinenteils (14) vorspannbar ist, um einen mit einem Betriebsdruck (P1, P_max) beaufschlagbaren Hochdruckbereich (H) gegenüber einem Niederdruckbereich (N) der Dichtungsanordnung (10) abzudichten, wobei die Haltenut (32) oder die Dichtlippe (30) eine Keilführungsfläche (40, 42) für das Vorspannelement (34) aufweist, die unter einem Winkel α mit α < 90° zur Bewegungsachse (18) schräg verlaufend angeordnet ist und wobei das Vorspannelement (34) durch eine hochdruckseitige Beaufschlagung mit dem Betriebsdruck (P₁, P_max) gegen die und entlang der Keilführungsfläche (40, 42) bewegbar ist, um die Dichtlippe (30) mit einer aus dem Betriebsdruck (P1, P_max) abgeleiteten Anpresskraft (F_quer, F_quer.max) gegen die Dichtfläche (38) vorzuspannen.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Keilführungsfläche (40, 42) unter einem Winkel α mit 20° ≤ α ≤ 80° zur Dichtfläche (38) schräg verlaufend angeordnet ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilführungsfläche (40, 42) zumindest zwei Längsabschnitte aufweist, die mit unterschiedlichen Winkeln α1, α2 zur Dichtfläche schräg verlaufend angeordnet sind.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (34) derart diemensioniert ist, dass das Dichtungselement (20) im nicht druckbeaufschlagten Zustand des Hochdruckbereichs H ohne eine Vorspannung oder mit einer definierten Vorspannung an der Dichtfläche (38) anliegt.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Keilführungsfläche (40, 42) mit einer, vorzugsweise trockenschmierenden, Gleitbeschichtung (56) versehen ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (34) gummielastisch verformbar ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltenut (32) ein Justierteil (56) für das Vorspannelement (34) aufweist, das quer zur Bewegungsachse (18) relativ zum zweiten Maschinenteil (14) verstellbar angeordnet ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement aus Polytetrafluoräthylen oder einem anderen zähelastischen Werkstoff gebildet ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungshaltestruktur (22) mehrere Nuten (24) umfasst, in der das Dichtungselement (20) im Presssitz gehalten angeordnet ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nuten (24) in Richtung auf die Bewegungsachse (18) erweitern.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement einen Gleitführungsabschnitt (28) aufweist, an dem das zweite Maschinenteil (14) im Gleitspiel-Formschluss geführt ist, wobei der Gleitführungsabschnitt (28) an dem ersten Maschinenteil (12), vorzugsweise vollständig, formschlüssig anliegt ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Maschinenteile (12, 14) als ein Zylinder und das andere der beiden Maschinenteile (12, 14) als ein im Zylinder geführter Kolben ausgebildet sind, und wobei das Dichtungselement (20) ein ringförmiges Radialdichtungselement ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als ein hydraulischer Aktuator, insbesondere Führerhauskippzylinder, Schwingungsdämpfer oder als Stoßdämpfer ausgebildet ist.