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Die Erfindung betrifft einen Dichtring zur Abdichtung einer Welle oder einer Hubstange bzw. Kolben gegenüber einem Gehäuse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung zwischen einer Welle bzw. Hubstange oder Kolben gegenüber einem Gehäuse umfassend einen erfindungsgemäßen Dichtring.
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Dichtringe zur Abdichtung von Wellen bzw. Hubstangen gegenüber einem Gehäuse sind vielfältig bekannt, auch im Anwendungsfall bei Magnetventilen oder anderen Ventilen, Getrieben oder Pumpen. Derartige Dichtringe müssen vielfältige Anforderungen erfüllen, einerseits eine gute Abdichtung gegenüber dem abzudichtenden Bauteil ergeben, andererseits möglichst maßgenau herzustellen sein, zum anderen leicht montierbar zu sein. Ferner sollen derartige Dichtringe eine gute Temperaturbeständigkeit, geringen Verschleiß, geringe Kriechneigung, geringe Materialermüdung usw. aufweisen, gegebenenfalls ein dynamisches Ansprechverhalten bei sich änderndem Fluiddruck aufweisen, um nur einige der Anforderungen zu nennen. Es werden daher oftmals Dichtringe aus Hochleistungskunststoffen eingesetzt, um diese Erfordernisse nach Möglichkeit zu erfüllen. Derartige Dichtringe werden oftmals im Spritzgussverfahren hergestellt, was besonders kostengünstig ist. Derartige Dichtringe sind beispielsweise aus der
DE 20 2011 00549 7 U1 bekannt.
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Problematisch bei herkömmlichen Dichtringen ist, dass bei hohen Dichtungserfordernissen die Dichtringe nicht immer mit der erforderlichen hohen Maßgenauigkeit hergestellt werden können, insbesondere dann, wenn die Dichtungsringe nur vergleichsweise geringe Durchmesser aufweisen. Die hergestellten Dichtringe sind dann oftmals unrund, was die Dichtungseigenschaften der Dichtungsanordnung beeinträchtigt. Insbesondere bei Beaufschlagung der Dichtungsanordnung mit hohen Fluiddrucken können dann unerwünscht hohe Leckströme auftreten. Ferner ist die Montage derartiger Dichtringe oftmals nicht ganz einfach, da diese radial aufgeweitet werden müssen, beispielsweise wenn der jeweilige Dichtring nicht in axialer Richtung auf die jeweilige Welle oder Hubstange aufgeschoben werden kann oder wenn dies einen hohen Aufwand bedingen würde, beispielsweise einen vorhergehenden Ausbau der Welle oder Hubstange. Dieses Aufbiegen kann jedoch ebenfalls die Dichtigkeit der Dichtringanordnung negativ beeinflussen, insbesondere bei Ausübung hoher Fluiddrucke oder kann unerwünschte Materialspannungen in dem Dichtring hervorrufen. Dies gilt jeweils insbesondere auch bei Anwendung von Hochleistungskunststoffen, welche in thermoplastischen Formgebungsverfahren, wie Spritzgießverfahren hergestellt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Dichtring bereitzustellen, welcher aus einem Kunststoffmaterial besteht, einfach montierbar ist und auch bei hohen Fluiddrucken eine hohe Dichtigkeit und lange Lebensdauer aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Dichtring nach Anspruch 1 sowie eine Dichtungsanordnung umfassend einen derartigen Dichtring nach Anspruch 23 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Dichtring ist somit mehrteilig ausgebildet, nämlich aus mehreren sich jeweils um einen Teilumfang des Dichtringes erstreckenden kreissegmentförmigen Teilstücken, welche zusammengesetzt den sich über den gesamten Kreisumfang erstreckenden Dichtring ergeben. Die einzelnen Teilstücke weisen hierbei an ihren in Umfangsrichtung des Dichtringes liegenden Endabschnitten miteinander korrespondierende Verbindungsbereiche auf, welche die gegenüberliegenden Endabschnitte benachbarter Teilstücke in beiden Axialrichtungen des Dichtringes gegeneinander verschiebungssichern. Die Verbindungsbereiche an den Endabschnitten benachbarter Teilstücke greifen somit vorzugsweise schlossartig ineinander ein. Durch die axiale Verschiebungssicherung der Endabschnitte der benachbarten Teilstücke gegeneinander kann somit auch im Verbindungsbereich der Teilstücke miteinander der Fluiddruck aufgefangen werden, welcher von dem druckbeaufschlagtem Fluid, gegenüber welchem der Dichtring abdichten soll, ausgeübt wird. Ferner liegt hierdurch der an dem jeweiligen Bauteil wie Welle oder Gehäuse montierte Dichtring als bauliche Einheit vor.
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Durch die mehrteilige Ausbildung des Dichtringes ist ferner die Montage des Dichtringes erleichtert, der Dichtring muss nicht mehr radial aufgeweitet werden, um diesen in radialer Richtung über die jeweilige Welle bzw. Hubstange schieben zu können. Vielmehr können zur Dichtringmontage die einzelnen Teilstücke beispielsweise an dem Außenumfang der Welle bzw. Hubstange positioniert werden und die Verbindungsbereiche der benachbarten Teilstücke miteinander verschiebungssichernd zum Eingriff gebracht werden können, um den Dichtring an der Welle zu montieren. Ferner sind die einzelnen Teilstücke maßgenauer herstellbar, als ein vollumfänglicher Dichtring, beispielsweise auch im Spritzgussverfahren unter Verwendung thermoplastischer Kunststoffe als Dichtringmaterial. Unrunde Ausbildungen des Dichtringes, welche die Dichtigkeit der Dichtringanordnung beeinträchtigen können, werden hierdurch minimiert oder vermieden. Ferner wird durch die Beseitigung der Notwendigkeit einer Aufweitung des Dichtringes zu dessen Montage unter radialer Heranführung des Dichtringes an die Welle, die Einbringung unerwünschter Spannungen oder Materialdeformationen in den aufgeweiteten Dichtringbereich vermieden, welche die Dichtigkeit der Dichtringanordnung beeinträchtigen können, insbesondere aber auch die Lebensdauer des Dichtringes, beispielsweise bei wechselnden Fluiddrucken, insbesondere in Kombination mit vergleichsweise hohen Fluiddrucken. Unter diesen Bedingungen können verstärkt Ermüdungserscheinungen an dem Aufweitungsbereich des Dichtringes, in welchem Materialspannungen oder Deformationen eingebracht wurden, auftreten, was die Lebensdauer des Dichtringes signifikant beeinträchtigen kann, und was durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Dichtringes vermieden wird.
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Ferner wird dadurch, dass der Dichtring in mehreren Teilstücken zusammengesetzt ist, eine Entformung der einzelnen Dichtringteile aus dem Formgebungswerkzeug, wie beispielsweise dem Werkzeug einer Spritzgießmaschine, erleichtert, gegenüber einem einstückigen Dichtring, was die Herstellungskosten verringert und die einhaltbare Maßgenauigkeit der Dichtringteile erhöht.
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Ferner kann erfindungsgemäß der Dichtring auch aus Hochleistungskunststoffen hergestellt werden, welche eine vergleichsweise hohe Festigkeit und/oder vergleichsweise geringe Elastizität aufweisen. Derartige Hochleistungskunststoffe können dann verstärkt in Bezug auf andere Eigenschaften optimiert werden, beispielsweise bezüglich geringem Verschleiß, erhöhter Medienbeständigkeit gegenüber dem abzudichtenden Fluid, selbstschmierender Eigenschaften, erhöhter thermische Beanspruchbarkeit oder dergleichen.
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Als „Kreissegment” sei im Sinne der Erfindung ein Abschnitt eines Kreises verstanden, welcher von zwei Kreisradien und einem inneren und einem äußeren Kreisbögen begrenzt wird, wobei die beiden Kreisbögen vorzugsweise solche von zwei konzentrischen Kreisen sind.
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Im Rahmen der Erfindung sei unter Begriff „Hubstange” stets die Hubstange oder eine andere Schub- oder Kolbenstange im engeren Sinne verstanden, welche im Wesentlichen einen axialen Hub, vollführt, im weiteren Sinne sei jedoch bevorzugt auch konkret der Kolben mit umfasst.
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Das druckbeaufschlagte Fluid ist im Rahmen der Erfindung zumeist eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Öl wie Hydrauliköl oder dergleichen, wobei auch andere Fluide wie Gase, verflüssigte Gase oder dergleichen zur Anwendung kommen können.
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Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Besonders bevorzugt weisen die Teilstücke jeweils an zumindest einem der Verbindungsbereiche, welche mit dem jeweils benachbarten Teilstück zusammenwirken, einen ersten Haltevorsprung auf, welcher zwischen zwei axial voneinander beabstandeten Haltebereichen des gegenüberliegenden Endabschnittes des jeweils benachbarten Teilstückes eingreift. Die Haltebereiche können in Form von Rücken bzw. Stegen an dem jeweiligen Teilstück ausgebildet sein. Zwischen den beiden Haltebereichen kann eine Nut ausgebildet sein, welche den ersten Haltevorsprung des benachbarten Teilstückes aufnimmt. Die Haltebereiche bzw. Halterücken können so ausgebildet sein, dass diese in radialer Richtung nicht von dem Korpus des jeweiligen Teilstückes vorstehen, vorzugsweise erstrecken sich die Haltebereiche in radialer Richtung bis zu der jeweiligen radialen Umfangsfläche des Teilstückes, insbesondere der radial äußeren Umfangsfläche. Die Oberseiten der Haltebereiche und die radialen Umfangsflächen der Teilstücke sind somit auf demselben Kreisbogen angeordnet.
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Nach einer speziellen Ausführungsform sind die radialen Außenflächen der Haltebereiche und des zwischen diesen angeordneten, ersten Haltevorsprunges Teil der Dichtfläche des Dichtringes gegenüber dem abzudichtenden Bauteil wie einem Gehäuse, wobei die Dichtfläche in abdichtender Anordnung des Dichtringes dann insbesondere eine Zylinderfläche mit kreisförmigem Querschnitt darstellen kann. Gegebenenfalls kann der Dichtring wie üblich in einer Buchse angeordnet sein, welche Teil des Gehäuses sein kann.
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Besonders bevorzugt greift der erste Haltevorsprung des ersten Teilstückes in beiden Axialrichtungen spielfrei zwischen die beiden axial voneinander beabstandeten Haltebereichen des benachbarten Teilstückes ein.
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Besonders bevorzugt sind die Endabschnitte der Teilstücke des Dichtringes derart ausgebildet, dass diese mindestens einen in Umfangsrichtung des Teilstückes vorstehenden ersten Haltevorsprung aufweisen, welcher vorzugsweise einen Endabschnitt des benachbarten Teilstückes über und/oder untergreift. Hierdurch ist eine sicherere Befestigung der Teilstücke an dem jeweiligen Bauteil wie Welle bzw. Hubstange oder Gehäuse ermöglicht und zudem die Dichtigkeit des Verbindungsbereiches der einzelnen Teilstücke erhöht. Ferner ist hierdurch in besonderer Weise ermöglicht, den Dichtring an dem jeweiligen Bauteil wie beispielsweise der Welle bzw. Hubstangevorzumontieren, bevor die Welle bzw. Hubstange an dem Gehäuse montiert wird.
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Die einzelnen Teilstücke des Dichtringes sind somit bevorzugt verliersicher aneinander festgelegt, besonders bevorzugt durch eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung aneinander. Dies kann besonders bevorzugt dadurch erzielt werden, dass sich die einzelnen Teilstücke einschließlich der von diesen in Umfangsrichtung erstreckenden Haltevorsprünge um mehr als 180° in Umfangsrichtung des Dichtringes erstrecken und mit Teilbereichen einander überlappen. Die einzelnen Teilstücke können so ausgeführt sein, dass diese sich nur unter Aufweitung in radialer Richtung von der Welle bzw. Hubstange entfernen lassen, wobei zur Demontage von dem anderen Teilstück bzw. der Welle oder Hubstange aber nur eine Aufweitung eines Bereiches des Teilstückes erforderlich zu sein braucht, wobei dieser Bereich eine geringere bzw. deutlich geringere Materialstärke als der Korpus des Teilstückes aufweist. Insbesondere kann das Teilstück hierbei derart ausgebildet sein, dass diese Aufweitung nur an einem Bereich des Teilstückes erfolgt, wobei die Dichtfläche am Korpus des jeweiligen Teilstückes nicht deformiert werden muss. Ferner muss hierbei ein Teil der Dichtfläche im Verbindungsbereich der Teilstücke nicht deformiert werden, so dass bspw. die axial beabstandeten Haltebereiche des Dichtringes, welche den ersten Haltevorspruch seitlich umfassen, bei der Dichtringmontage nicht deformiert werden müssen. Dicht Dichtigkeitsprobleme werden hierdurch minimiert.
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Der Begriff ”Umfangsrichtung” im Rahmen der Erfindung sei im Allgemeinen auf den Dichtring bezogen, bzw. entsprechend bei dem Teilstück bezogen auf dessen Anordnung am Dichtring, sofern sich aus dem Zusammenhang im Einzelnen nichts anderes ergibt.
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Die ”Axialrichtung” im Rahmen der Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Zentralachse des Dichtringes, welche mit der Mittelachse von Welle oder entsprechend Hubstange bei montiertem Dichtring übereinstimmt.
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Der ”Korpus” des jeweiligen Teilstückes bezieht sich auf den Bereich des Teilstückes, welcher mit einer radial innenliegenden oder radial außenliegenden Dichtfläche versehen ist, welche abdichtend an Welle bzw. Hubstange oder Gehäuse anlegbar ist. Dies ist in der Regel zugleich der Bereich des Teilstückes mit größter Materialstärke in radialer Richtung. Der Korpus stellt somit vorzugsweise den Dichtflächenbereich mit größter axialer Erstreckung bereit. Gegebenenfalls können bei montiertem Dichtring Bereiche der Endabschnitte benachbarter Dichtringteilstücke mit gewisser Vorspannung aneinander anliegen, wodurch der Zusammenhalt der Teilstücke unter Ausbildung des Dichtringes verbessert wird, was bei bestimmten Anwendungen besonders bevorzugt ist. Hierzu können bspw. Haltevorsprünge (insbesondere die ersten Haltevorsprünge und/oder ggf. zusätzliche Vorsprünge wie die zweiten Haltevorsprünge) zumindest bereichsweise, bezogen auf den demontierten Zustand eines vereinzelten Teilstückes mit geringer Abweichung einer kreisbogenförmigen Gestalt ausgebildet sein, also Bereichsweise mit engerem Radius ausgebildet sein. Im Montagezustand passt sich dieser Bereich dann vorzugsweise der Kreisbogengestalt des Dichtringes an.
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Der montierte Dichtring kann mit gewisser radialer Vorspannung oder lose an einem der beiden abzudichtenden Bauteile von Welle bzw. Hubstange oder Gehäuse anliegen. Bei Abdichtung gegenüber rotatorisch zueinander bewegten Bauteilen wie liegt vorzugsweise der Dichtring mit gewisser radialer Vorspannung gegenüber einem der Bauteile wie bzw. dem Gehäuse an. Bei translatorischen Bewegungen der abzudichtenden Bauteile gegeneinander liegt der Dichtring vorzugsweise nicht mit radialer Vorspannung an den beiden Bauteilen an.
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Besonders bevorzugt ergänzen sich somit die Umfangserstreckungen der Dichtflächen der Teilstücke, welche radial innenseitig oder radial außenseitig an dem Dichtring angeordnet sind, um 360°. Damit wird die abzudichtende Fläche des jeweiligen Bauteils wie Welle, Hubstange oder Gehäuse, vollständig von den Teilstücken insgesamt abgedichtet, unter Erzielung einer hohen Dichtigkeit der Dichtringanordnung. In besonderen Anwendungsfällen können gegebenenfalls in Umfangsrichtung die Korpi der Teilstücke – und damit auch die radial innen liegend oder radial außen liegend angeordneten Dichtflächen derselben, geringfügig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein, beispielsweise um Temperaturschwankungen besser ausgleichen zu können und den Dichtring, in einem größeren Temperaturbereich einsetzen zu können.
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Vorzugsweise erstreckt sich der mindestens eine Haltevorsprung des jeweiligen Teilstückes (im speziellen der erste Haltevorsprung) über ≥ 5° oder ≥ 10°, vorzugsweise ≥ 20° oder ≥ 30°, besonders bevorzugt ≥ 40° oder ≥ 60° über den Dichtringumfang, bezogen auf den von dem Teilstückkorpus in Umfangsrichtung vorstehenden Bereich. Der genannte Haltevorsprung kann sich über ≤ 150° oder ≤ 125° oder vorzugsweise ≤ 110° oder ≤ 90° über den Dichtringumfang erstrecken, bezogen auf dessen von dem Teilstückkorpus in Umfangsrichtung vorstehenden Bereich. Hierdurch ist einerseits eine einfache Montage der Teilstücke ermöglicht, andererseits eine gute Haltekraft der Teilstücke an der Welle bei montiertem Dichtring, da damit eine ausreichende bis sehr gute Überlappung der Teilstücke in Umfangsrichtung gegeben ist. Ferner ist eine große Erstreckung der Haltevorsprünge in Umfangsrichtung besonders vorteilhaft in Bezug auf Aufweitung des jeweiligen Haltevorsprunges, ohne hierbei den Teilstückkorpus zu deformieren. Ferner ist eine große Erstreckung der Haltevorsprünge in Umfangsrichtung besonders vorteilhaft in Bezug auf die Anordnung eines Fluidkanals, wie nachfolgend beschrieben.
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Besonders bevorzugt sind die Haltebereiche des jeweiligen Teilstückes, zwischen denen der erste Haltevorsprung des benachbarten Teilstückes, diesen axial verschiebungssichernd, aufgenommen wird, ebenfalls als Vorsprünge (zweite Haltevorsprünge) ausgebildet, welche von der Stirnseite des jeweiligen Endabschnittes des Teilstückes in Umfangsrichtung vorstehen. Diese zweiten Haltevorsprünge können über ≥ 5° oder ≥ 10°, beispielsweise ≥ 15° von der jeweiligen Stirnseite vorstehen, zumeist ≤ 45° oder ≤ 30° oder ≤ 20°, jeweils bezogen auf den Dichtringumfang. Hierdurch wird ein Zusammenfügen der Teilstücke erleichtert, insbesondere wenn der Endabschnitt des benachbarten Teilstückes mit einem längeren Haltevorsprung versehen ist.
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Besonders bevorzugt sind also an beiden Endbereichen des jeweiligen Teilstückes von dem Teilstückkorpus in Umfangsrichtung vorstehende (erste und zweite) Haltevorsprünge vorgesehen, welche mit Bereichen der Endabschnitte des jeweils benachbarten Teilstückes in Überlappung gebracht werden können. Die Haltevorsprünge an den beiden gegenüberliegenden Endabschnitten des jeweiligen Teilstückes können unterschiedlich weit in Umfangsrichtung von dem jeweiligen Korpus vorstehen. Sind an einem Endabschnitt eines Teilstückes zwei oder mehrere in Axialrichtung des Dichtringes beabstandete Haltevorsprünge angeordnet (zweite Haltevorsprünge), so können diese zumindest im Wesentlichen gleich weit oder gegebenenfalls unterschiedlich weit in Umfangsrichtung des Dichtringes von dem jeweiligen Teilstück vorstehen.
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Die Haltebereiche, insbesondere in Ausbildung als Halterücken oder zweite Haltevorsprünge, können auf der radialen Seite des Teilstückes angeordnet sein, welche die Dichtfläche des Teilstückes gegenüber dem abzudichtenden Bauteil wie Welle, Hubstange oder Gehäuse ausbildet. Gegebenenfalls können die Haltebereich und Haltevorsprung aber auch auf der der Dichtfläche gegenüberliegenden Umfangsseite des Dichtringes angeordnet sein.
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Vorzugsweise stehen die Haltevorsprünge und/oder Haltebereiche in radialer Richtung nicht über die Umfangsfläche des jeweiligen Teilstückes vor, insbesondere in montiertem zustand des Dichtringes, besonders bevorzugt sind die Haltevorsprünge und/oder Haltebereiche ebenfalls als Kreissegmente ausgebildet, welche an den kreissegmentförmigen Teilstücken angeformt sind. Dies kann sich jeweils auf die ersten und/oder zweiten Haltevorsprünge beziehen. Vorzugsweise sind an beiden Endbereichen des jeweiligen Dichtringteilstückes Haltevorsprünge vorgesehen, welche von dem Teilstückkorpus in Umfangsrichtung vorstehen, unter Umständen ist es ausreichend, wenn nur an einem der beiden Endbereiche des Teilstückes ein entsprechender (erster) Haltevorsprung angeordnet ist. Bevorzugt sind jeweils an dem korrespondierenden Endbereich des benachbarten Teilstückes, welches mit dem erstgenannten Teilstück zu verbinden ist, entsprechende Ausnehmungen oder Aussparungen zur Aufnahme des jeweiligen Haltevorsprunges vorgesehen. An zumindest einem oder genau einem der Endabschnitte eines Teilstückes kann mindestens ein Haltevorsprung angeordnet sein, welcher sich an der Seitenfläche des Teilstückes anschließt. Vorzugsweise schließen jeweils die beiden Haltebereiche bzw. die beiden zweiten Haltevorsprünge des jeweiligen Teilstücks jeweils unmittelbar seitlich an den beiden Seitenflächen des Teilstückes an.
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Es versteht sich allgemein im Rahmen der Erfindung, dass die Gesamtanordnung der Seitenflächen der Teilstücke die beiden Seitenflächen des Dichtringes ausbilden, jeweils in Bezug auf die eine oder andere Seite des Dichtringes.
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Die ersten und zweiten Haltevorsprünge der Teilstücke können sich unterschiedlich weit in Umfangsrichtung über den Teilstückkorpus hinaus erstrecken. An dem Endbereich des Teilstückes, an welchem Haltevorsprünge geringerer Länge, also geringerer von dem Teilstück vorstehenden Umfangserstreckung, angeordnet sind, sind die Haltevorsprünge vorzugsweise in Axialrichtung des jeweiligen Teilstückes (bzw. des Dichtringes) angeordnet, um zwischen diesem einen (ersten) Haltevorsprung des Endabschnittes des benachbarten Teilstückes aufnehmen zu können. Dieser Haltevorsprung des benachbarten Teilstückes, welcher somit zwischen zwei axial beabstandeten Haltevorsprüngen des erstgenannten Teilstückes angeordnet ist, kann hierbei eine größere Länge (bzw. längeren Überstand über das jeweilige Teilstück in Umfangsrichtung) aufweisen, als die anderen Haltevorsprünge.
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Bevorzugt liegt der erste Haltevorsprung eines Teilstückes jeweils seitlich an den Haltebereichen des benachbarten Teilstückes an, um eine möglichst fluiddichte Anordnung zu ergeben. Im speziellen liegen bevorzugt die ersten und zweiten Haltevorsprünge der benachbarten Teilstücke, welche in Axialrichtung des Dichtringes hintereinander angeordnet sind, seitlich aneinander an. Vorzugsweise sind die axialen Anlageflächen der Haltevorsprünge bzw. haltebereiche benachbarter Teilstücke flächig ausgebildet. Sämtliche Seitenflächen der einzelnen Dichtringabschnitte, insbesondere der Teilstückkorpi und der jeweiligen Haltevorsprünge desselben können in Form von Kreissegmenten ausgebildet sein.
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Die radial innenliegenden und radial außenliegenden Umfangsflächen der Teilstücke sind jeweils vorzugsweise als Zylinderabschnitte ausgebildet, bezogen auf den Umfang eines Zylinders. Die Seitenflächen der Haltevorsprünge und/oder Haltebereiche können somit jeweils senkrecht zu der Axialrichtung des Dichtringes angeordnet sein. Gegebenenfalls können auch die Seitenflächen der Haltevorsprünge und/oder Haltebereiche zu der Axialrichtung des Dichtringes geneigt angeordnet sein, also einen Winkel von ≠ 90° einschließen. Die Seitenflächen aneinander liegender Haltevorsprünge bzw. Haltebereiche der benachbarten Teilstücke sind dann hierbei vorzugsweise in dem gleichen Winkel aber gegensinnig zu der Axialrichtung des Dichtringes geneigt angeordnet, so dass sich flächige Anlagebereiche erstrecken, vorzugsweise vollflächige Anlagebereiche. Gegebenenfalls können die Haltevorsprünge und Haltebereiche der Endbereiche somit beispielsweise schwalbenschwanzförmig oder auf andere Weise ineinander eingreifen. Senkrecht zur Axialrichtung angeordnete Seitenflächen der Haltevorsprünge und Haltebereiche sind jedoch besonders bevorzugt, da dies eine radiale Aufweitung bzw. Verschiebung der Teilstücke bzw. Teilstückbereiche zueinander ermöglicht, beispielsweise bei schwankendem Fluiddruck, insbesondere in Kombination mit der nachfolgend beschriebenen Anordnung von Fluidkanälen in den radial innenseitig bzw. radial außenseitig angeordneten Begrenzungsflächen der Teilstücke bzw. der Haltevorsprünge.
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Besonders bevorzugt ist die Summe der in Umfangsrichtung vorstehenden Länge der Haltevorsprünge an beiden Endabschnitten des jeweiligen Teilstückes ≥ 45–60°, vorzugsweise ≥ 70–80°, besonders bevorzugt ≤ 120–135°, besonders bevorzugt ≤ 100–110°, beispielsweise ca. 90°.
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Vorzugsweise sind die jeweiligen Teilstücke des Dichtringes einstückig ausgebildet, bspw. als Spritzgussteile.
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Besonders bevorzugt ist dem freien Enden mindestens eines der Haltevorsprünge des Dichtringteilstückes, insbesondere des ersten Haltevorsprunges des Teilstückes bzw. im speziellen nur dem freien Ende des ersten Haltevorsprunges des jeweiligen Teilstückes, unmittelbar eine taschenartige Ausnehmung vorgelagert, welche vorzugsweise in die jeweilige Umfangsfläche des benachbarten Teilstückes eingearbeitet ist, wobei die Ausnehmung fluidführend mit der Umgebung des Dichtringes verbunden ist. Vorzugsweise ist die Ausnehmung zu der radialen Umfangsfläche des jeweiligen Teilstückes hin offen ausgeführt, wobei dies vorzugsweise die radiale Umfangsfläche ist, welcher der genannte Haltevorsprung des benachbarten Teilstückes nächst benachbart angeordnet ist. Insbesondere kann die taschenartige Ausnehmung in der radialen Dichtfläche des Dichtringes angeordnet sein. Die taschenartige Ausnehmung kann bei der Abdichtung hydraulisch wirksam sein, insbesondere bei Anwendungen mit schwankenden Fluiddrucken. Beispielsweise kann die taschenförmige Ausnehmung auch in Art einer Schmiertasche wirken, um Reibung des Dichtringes gegenüber dem abzudichtenden Bauteil wie Gehäuse, zu verringern. Gegebenenfalls kann durch Eindringen von Fluid, gegen welches der Dichtring abdichtet, in die taschenartige Ausnehmung eine hydraulische Ansteuerung des Dichtringes bei wechselnden Fluiddrucken erfolgen.
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Vorzugsweise ist die taschenartige Ausnehmung jeweils angrenzend zu dem Haltevorsprung angeordnet, welcher mit größter Umfangserstreckung von dem jeweiligen Teilstückkorpus vorsteht, so dass hierdurch gegebenenfalls auch eine effektive hydraulische Ansteuerung des Dichtringes möglich ist, unter Umständen auch aufgrund einer erhöhten Elastizität des langgestreckten Haltevorsprunges gegenüber anderen Teilbereichen des Dichtringes. Vorzugsweise ist die taschenartige Ausnehmung angrenzend an einem Haltevorsprung angeordnet, welcher in der Mittelhauptebene des Dichtringes liegt, wodurch gegebenenfalls unerwünschte Verkipp- oder Torsionskräfte auf den Dichtring bzw. dessen Teilstücke bei der Ausübung des Fluiddruckes vermieden werden.
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Besonders bevorzugt ist zwischen dem Haltevorsprung eines ersten Teilstückes (im Besonderen dem ersten Haltevorsprung des Teilstückes) und dem von dem Haltevorsprung überlappten (über- oder untergriffenen) Bereich des benachbarten Teilstückes ein Fluidkanal angeordnet, welcher fluidführend mit der Umgebung des Dichtringes und damit mit dem Fluid, gegen welches der Dichtring abdichtet, verbunden ist. Der Fluidkanal kann hierbei an dem Haltevorsprung oder diesem gegenüber liegenden, von diesem überlappten Teilbereich des benachbarten Teilstückes angeordnet sein, gegebenenfalls auch jeweils in beiden Bereichen. Der Fluidkanal mündet vorzugsweise in einer Umfangsfläche des Dichtringes aus. Besonders bevorzugt mündet der Fluidkanal in der taschenförmigen Ausnehmung, welche an der Stirnseite des Haltevorsprunges des benachbarten Teilstückes angeordnet ist. Durch den Fluidkanal kann der Dichtring durch das druckbeaufschlagte Fluid hydraulisch angesteuert werden, gegebenenfalls unter radialem Andrücken des ersten Haltevorsprunges an dessen Anlagefläche bzw. Dichtfläche des korrespondierenden Bauteils wie bspw. dem Gehäuse. Insbesondere bei Vorrichtungen mit Druckschwankungen des Fluids ist eine derartige Ausgestaltung des Dichtringes besonders vorteilhaft.
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Gegebenenfalls kann allgemein zwischen einander in radialer Richtung überlappenden Teilbereichen benachbarter Teilstücke ein derartiger Fluidkanal vorgesehen sein, wobei aber die oben beschriebene Ausführungsform besonders vorteilhaft ist. Der Fluidkanal kann sich über ≥ 5–10° oder ≥ 15–20°, vorzugsweise ≥ 30–40° oder ≥ 50–60° über den Dichtringumfang erstrecken, wobei hierbei der Kanal über die genannte Erstreckung beidseitig von den einander radial überlappenden Bereichen der benachbarten Teilstücke, insbesondere unter einseitiger Begrenzung des Fluidkanals durch den (ersten) Haltevorsprung des jeweiligen Teilstückes, umgeben ist. Im Speziellen kann sich der Fluidkanal über nahezu die gesamte Umfangserstreckung des (ersten) Haltevorsprunges erstrecken, welcher von dem in dem Kanal geführten Fluid in radialer Richtung druckbeaufschlagt wird. Gegebenenfalls kann der Kanal von den Stirnseiten der beiden Dichtringteilstücke, welche miteinander zur Anlage kommen, in Umfangsrichtung beabstandet sein, um die Dichtigkeit des Dichtringes an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten der benachbarten Teilstücke zu erhöhen.
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Besonders bevorzugt besteht der Dichtring aus nur zwei Teilstücken, gegebenenfalls – weniger bevorzugt – auch aus mehreren.
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Besonders bevorzugt sind die Teilstücke des Dichtringes jeweils baugleich zueinander ausgebildet, auch wenn der Dichtring aus mehr als zwei Teilstücken besteht.
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Der Dichtring kann aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere thermoplastischen Hochleistungskunststoffen bestehen, beispielsweise aus PEK, PEEK, PTFE, PSU, Polyimid oder dergleichen, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Der Dichtring kann insbesondere mit nur geringem Gesamtdurchmesser hergestellt sein, beispielsweise einem Durchmesser im Bereich ≤ 40–50 mm oder ≤ 30 mm, ohne hierauf beschränkt zu sein. Die Materialstärke des Dichtringes kann ≤ 8–10 mm oder ≤ 4–6 mm betragen, gegebenenfalls auch ≤ 3 mm.
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Allgemein ist der Dichtring in seinem bevorzugten Anwendungsfall beschrieben, mit radialer Dichtfläche gegenüber dem Gehäuse (bzw. Buchse) und seitlicher Dichtfläche gegenüber Welle bzw. Hubstange, wobei ein gewisses (geringes) Spiel gegenüber der Welle bzw. Hubstange gegeben sein kann. Es versteht sich, dass der Dichtring jeweils auch „invers” konzipiert sein kann, mit radialer Dichtfläche gegenüber der Welle bzw. Hubstange und gewissem (geringem) Spiel gegenüber den Gehäuse, mit entsprechender Umkehrung der Lage der Funktionsbereiche (z. B. dann radial innenliegendem langem Haltevorsprung). Dies gilt jeweils insbesondere auch für das Ausführungsbeispiel.
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In Bezug auf eine Dichtungsanordnung umfassend den erfindungsgemäßen Dichtring kann der Dichtring insbesondere in einer Umfangsnut der Welle bzw. Hubstange angeordnet sein. Hierbei macht sich vorteilhaft bemerkbar, dass der Dichtring eine nur geringe Stärke aufweisen muss. Eine dieser Nutflanken kann als Dichtfläche ausgebildet sein. Ist der Dichtring bspw. in einer Gehäusenut angeordnet, so kann eine der Flanken dieser Nut als Dichtfläche ausgebildet sein. Es versteht sich, dass jeweils ggf. auch beide der Nutflanken als Dichtflächen ausgebildet sein können.
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Als besonders vorteilhaft haben sich erfindungsgemäße Dichtringe in Dichtringanordnungen bei Ventilen, insbesondere Magnetventilen, Getrieben oder Pumpen erwiesen.
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Insbesondere kann der Dichtring im Anwendungsfall an der jeweiligen Vorrichtung mit einem Fluiddruck von ≥ 15–20 bar oder ≥ 25–30 bar beaufschlagt werden, beispielsweise auch ≥ 40 bar oder ≥ 50 bar.
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In der den Dichtrings aufnehmenden Nut des jeweiligen Bauteils kann ein O-Ring angeordnet sein, insbesondere auf der Niederdruckseite des Dichtringes. Der O-Ring kann an einer Seitenfläche des Dichtringes anliegen, ohne Druckbeaufschlagung mit einem Fluid in Axialrichtung oder unter einer solchen Druckbeaufschlagung. Dies gilt insbesondere, bei abdichtender Anordnung des Dichtringes an translatorisch zueinander bewegten Bauteilen wir bei einer Hubstange. Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
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1–4: Darstellungen eines Dichtringes mit bzw. bestehend aus zwei Teilstücken in unterschiedlichen Montagestellungen der Teilstücke in Seitenansicht (1 bis 3) und in perspektivischer Ansicht (4);
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5: eine schematische Darstellung einer Dichtungsanordnung mit erfindungsgemäßem Dichtring im Querschnitt.
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Die 1 bis 5 zeigen beispielhaft ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtringes, so dass auf diese allgemein Bezug genommen wird.
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1 zeigt die beiden separaten Teilstücke 10, 20, aus welchen der funktionsfähige Dichtring 1 zusammengesetzt ist. 2 zeigt die beiden Teilstücke 10, 20 in teilweise montierter Anordnung (hier zeichnerisch nur übereinandergelegt, tatsächlich unter Aufweitung der Haltevorsprünge). Die 3 und 4 zeigen den montierten Dichtring 1, wie er auch in auf einer Welle oder Hubstange montiertem Zustand vorliegt, bspw. wie bei Anordnung in einem Gehäuse nach 5.
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Der erfindungsgemäße Dichtring 1 kann zur Abdichtung eines Gehäuses 150 gegenüber einer Welle 100 oder einer Hubstange, mit Wellenachse (hier gleich der Dichtringsachse) 101, dienen. Der Dichtring 1 weist eine radial innere Umfangsfläche 2 und eine radial äußere Umfangsfläche 3 sowie zwei axial ausgerichtete Seitenflächen 4, 5 auf, wobei zumindest eine der Umfangsflächen (hier beispielhaft Fläche 3) und zumindest einer der Seitenflächen (hier Fläche 4) als Dichtflächen gegenüber Gehäuse 150 einerseits und Welle 100 bzw. Hubstange andererseits ausgebildet sind. Die in 5 linke Darstellung wird zumeist bei Anordnung einer Welle (rotatorische Bewegung) eingesetzt. Die in 5 rechte Darstellung wird zumeist bei Anordnung einer Hubstange (axiale Bewegung) mit Hochdruckseite hier beispielhaft rechts (O-Ring auf Niederdruckseite), eingesetzt. Auch in 5 dichtet die Seitenfläche 4 des Dichtringes 1, welche an dem O-Ring 130 anliegt, letztlich gegenüber dem Bauteil, hier der Hubstange 100. Der Dichtring dient gleichzeitig dazu, den O-Ring in seiner Solllage zu unterstützen. Es versteht sich, dass die Erfindung aber auch allgemein anwendbar ist, wenn die radial innere Umfangsfläche des Dichtringes die Dichtfläche ist, wobei das Ausführungsbeispiel in entsprechender Umkehrung zu lesen ist.
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Der Dichtring 1 ist hier mehrteilig mit mehreren sich jeweils über dessen Teilumfang erstreckenden, kreissegmentförmigen Teilstücken 10, 20 ausgebildet, hier aus genau zwei solcher Teilstücke zusammengesetzt. Die Kreissegmente weisen an ihren Endabschnitten 11a, 11b, bzw. 21a, 21b (1) jeweils miteinander korrespondierende Verbindungsbereiche 12a, 12b, bzw. 22a, 22b auf, welche die gegenüberliegenden Endabschnitte des anderen Teilstückes in beiden Axialrichtungen des Dichtringes 1 gegeneinander verschiebungssichern.
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Auch die beiden Teilstücke 10, 20 weisen entsprechend dem Dichtring radial innenliegende und radial außenliegende Umfangsflächen 10a, 10b, 20a, 20b auf, welche zusammengesetzt die Umfangfläche des Dichtringes ergeben. Die radial außenliegende Umfangsfläche 3 des Dichtringes ist hier die Dichtfläche gegenüber dem Gehäuse 150.
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An den beiden jeweils miteinander korrespondierenden Verbindungsbereichen 12a, 12b, 22a, 22b gegenüberliegender Endabschnitte der beiden Teilstücke 10, 20 ist jeweils ein erster Haltevorsprung 15 bzw. 25 vorgesehen ist, welcher zwischen zwei axial voneinander beabstandeten Haltebereichen 16, 17; 26, 27 des gegenüberliegenden Endabschnittes des benachbarten Teilstückes eingreift. Die Haltebereiche 16, 17; 26, 27 sind hier als Rücken bzw. Stege ausgebildet, welchen zwischen sich eine Nut ausbilden, in welche der erste Haltevorsprung 25 des jeweils benachbarten Teilstückes eingreift. Die Nuten sind hier nach einer radialen Richtung offen, hier nach radial außen (siehe Nut 10f an Teilstück 10, entsprechend baugleich an dem anderen Teilstück).
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Der Eingriff des ersten Haltevorsprungs 15, 25 des ersten Teilstückes 10, 20 erfolgt in beiden Axialrichtungen spielfrei zwischen die beiden axial voneinander beabstandeten Haltebereiche des benachbarten Teilstückes (z. B. Haltevorsprung 15 in Bezug auf Haltebereiche 26, 27 des zweiten Teilstückes 20; Haltevorsprung 25 in Bezug auf Haltebereiche 16, 17 des ersten Teilstückes).
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Der Haltevorsprung des ersten Teilstückes übergreift hier bei zusammengefügtem Dichtring das benachbarte Teilstück in radialer Richtung. Nach dem Ausführungsbeispiel übergreift der Haltevorsprung 15 des Teilstückes 10 das zweite Teilstück 20. Der Haltevorsprung 25 des zweiten Teilstückes 20 übergreift das andere Teilstück 10. Die radiale Begrenzungsseite des jeweiligen Haltevorsprungs, hier jeweils die radial innenliegende Seite 15a, 25a („Unterseiten” der Haltevorsprünge 15, 20), kann hierbei an der zugewandten Seite des anderen Teilstückes anliegen: nach 4 liegt die Unterseite 25a des Vorsprunges 25 an dem Nutgrund 10g der Nut 10f an, entsprechend für das andere Teilstück. Bei geeigneter Ausbildung der Haltevorsprünge (oder der korrespondierenden Anlageflächen des anderen Teilstückes), hier durch radial einwärts biegen des langes Haltevorsprunges 15, 15 in Bezug auf den demontierten und kräfteunbeaufschlagten Zustand desselben, kann der jeweilige Haltevorsprung 15, 25 auch mit gewisser radial gerichteter Vorspannung an dem anderen Teilstück anliegen, was den Zusammenhalt des Dichtringes fördert.
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Die Haltebereiche 16, 17; 26, 27 für den ersten Haltevorsprung des Benachbarten Teilstückes sind hier zusätzlich als Haltevorsprünge ausgebildet, welche von den Stirnseiten der Endbereiche in Umfangsrichtung vorstehen. Die vorspringen Abschnitte gehen hier bevorzugt mit gleichbleibendem Querschnitt in die rücken- bzw. stegförmigen Abschnitte an den Teilstückkorpi über (siehe 4). Die Haltevorsprünge 15, 25 sowie auch die mit diesen zusammenwirkenden Haltevorsprünge 16, 17; 26, 27 des anderen Teilstückes können über eine umfängliche Winkelerstreckung von ≥ 5° über die Stirnseite des jeweiligen Teilstückes vorstehen. Die Haltevorspünge 15, 25 stehen hierbei um ca. 75° von den Stirnseiten 10s, 20s der Korpi der Teilstücke 10, 20 vor. Die Haltevorspünge 16, 17; 26, 27 stehen hierbei um ca. 15° von den Stirnseiten 10u, 20u der Korpi der Teilstücke 10, 20 vor. Die Haltevorspünge 15, 25 stehen hierbei also deutlich weiter in Umfangsrichtung vor als die Vorsprünge 16, 17; 26, 27.
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Die beiden Teilstückkorpi bzw. radialen Dichtflächen beider Teilstücke erstrecken sich jeweils um 180° in Umfangsrichtung, um jeweils 360° in Bezug auf den Dichtring zu ergeben.
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Die Dichtringmontage kann erfolgen unter Aufbiegen der ersten (hier langen) Haltevorsprünge 15, 25 und Zusammenschieben der beiden Teilstücke zum Vollkreis unter Ausbildung des Dichtringes, aber hierbei ohne Deformation der Teilstückkorpi bzw. der Dichtflächen 10a, 20a der Teilstückkorpi und ohne Deformation der Dichtflächen der Haltebereiche, einschließlich der in Umfangsrichtung vorstehenden Bereiche derselben. Die (längeren bzw. mittleren) Haltevorsprünge 15, 25 werden hierbei in die korrespondieren Nuten des jeweils anderen Teilstückes eingeführt. Die (kürzeren bzw. seitlichen) Vorsprünge 16, 17; 26, 27 werden in die korrepondieren, hier seitlich offenen, Taschen 19, 29 des benachbarten Teilstückes eingeführt. Im montierten Zustand des Dichtringes kommen dann sämtliche Stirnseiten der Teilstückkorpi und der Haltevorsprünge flächig, vorzugsweise vollflächig, mit Anlageflächen des jeweils anderen Teilstückes zu Anlage, so dass der Dichtring möglichst spaltfrei zusammengesetzt ist (bis auf die untenstehend beschriebenen taschenartigen Ausnehmungen). Ferner kommen die Seitenflächen der ersten Haltevorsprünge seitlich, vorzugsweise abdichtend, in flächigen Kontakt mit den Seitenflächen der Haltebereiche (vorzugsweise einschließlich der vorspringenden Abschnitte derselben).
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Bei zusammengefügtem Dichtring ist an dem freien Stirnende 25c, des Haltevorsprunges des ersten Teilstückes (hier in 4 zu Teilstück 20 dargestellt) in Umfangsrichtung des Dichtringes eine taschenartige Ausnehmung 13 vorgelagert ist, welche an die Stirnseite 25c des Haltevorsprunges des ersten Teilstückes 20 angrenzt. Die Ausnehmung 13 ist hierbei zu der Umfangsfläche des Teilstückes, welches den Haltevorsprung aufnimmt, hier der radialen Außenfläche, in radialer Richtung des Dichtringes offen ausgebildet ist oder steht auf andere Weise mit der Umgebung des Dichtringes fluidführend in Verbindung. Hier durch ist eine hydraulische Ansteuerbarkeit des Dichtringes gegeben. Die taschenförmige Ausnehmung ist hier in der Dichtfläche des Dichtringes angeordnet.
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Zwischen der dem benachbarten Teilstück zugewandten Begrenzungsfläche des Haltevorsprunges und der dem Haltevorsprung des ersten Teilstückes zugewandten Begrenzungsfläche des benachbarten Teilstückes ist ein Fluidkanal 14 angeordnet ist, welcher fluidführend mit der Umgebung des Dichtringes verbunden ist. Hierdurch ist die hydraulische Ansteuerbarkeit des Dichtringes verstärkt, wobei bspw. durch den Fluiddruck die ersten Haltevorsprünge radial gegen das Gehäuse gedrückt werden können, ggf. unter Erhöhung der Abdichtwirkung. Der Fluidkanal mündet hier in einer Umfangsfläche des Dichtringes aus, nämlich über die Ausnehmung 13. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Schmierwirkung durch das Fluid erzielt werden.
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Die taschenförmige Ausnehmung erstreckt sich hier über ca. 5–10° der Umfangserstreckung des Dichtringes. Der Fluidkanal sich über ca. 60° der Umfangserstreckung des Dichtringes, nämlich im Wesentlichen über die Länge der Haltevorsprünge 15, 25.
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Die taschenartige Ausnehmung und/oder Fluidkanal sind entsprechend in dem anderen Teilstück angeordnet (nicht dargestellt). Die Teilstücke des Dichtringes sind jeweils baugleich zueinander ausgebildet.
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Die Dichtringteilstücke bestehen hier aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial. Die Teilstücke sind im Spritzgussverfahren hergestellt.
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Eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtring und einer Welle bzw. Hubstange sowie einem Gehäuse ist in 5 dargestellt, wobei die Seitenfläche des Dichtringes abdichtend an einer Dichtfläche der Welle bzw. Hubstange (Nutflanke der Wellen- bzw. Stangennut) und einer Dichtfläche des Gehäuses (radial innenliegende Fläche desselben) anliegen. Der Dichtring kann hierbei spielfrei oder mit Vorspannung an dem Umfang der Welle bzw. Hubstange (bzw. dem Nutgrund) anliegen.
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Der auf der Niederdruckseite des Dichtringes angeordnete O-Ring 130 hat hier den Durchmesser (Innen- und Außendurchmesser) des Dichtringes, so dass der Nutgrund über den Bereich von Dichtring und O-Ring im Querschnitt eben ausgebildet ist bzw. die Nut eine gleichbleibende Tiefe haben kann, was allgemein im Rahmen der Erfindung gelten kann. Der O-Ring hat hierbei ebenfalls eine abdichtende Wirkung gegenüber Gehäuse und dem gegenüber diesem bewegten Bauteil wie Hubstange oder ggf. Welle.
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Der Haltevorsprung 15, 25, hat hierbei jeweils (mindestens) eine radiale Dicke, welche größer ist, als ein radiales Spiel zwischen Dichtring und Welle bzw. Gehäuse auf Höhe des jeweiligen Haltevorsprunges. Der mittlere Haltevorsprung kann somit aus der Nut der Dichtringes, welche durch die benachbarten Haltebereiche ausgebildet ist, nicht ausfädeln.
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Die Dichtungsanordnung kann mit einem Druck von ≥ 35 bar, z. B. ca. 50 bar, betrieben werden. Die Dichtungsanordnung kann eine solche eines Ventils, insbesondere Magnetventils, Getriebes oder Pumpe sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011005497 U1 [0002]
