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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, mit zwei in der Achsrichtung einer Hauptachse axial ineinander eingesteckten ersten und zweiten Produktkomponenten, von denen die zweite Produktkomponente die erste Produktkomponente umschließt und zwischen denen ein zu der Hauptachse koaxialer, über gummielastische Eigenschaften verfügender Dichtungsring angeordnet ist, der in einer einen radial orientierten Nutgrund, eine dem Nutgrund radial gegenüberliegende Nutöffnung und zwei sich axial gegenüberliegende und sich jeweils zwischen dem Nutgrund und der Nutöffnung erstreckende Nutflanken aufweisenden ringförmigen Haltenut einer der beiden Produktkomponenten gehalten ist und der zwei axial diesseits und jenseits der Haltenut liegende abzudichtende Bereiche unter Abdichtung axial voneinander abtrennt, indem er zum einen mit einem Basisabschnitt unter statischer Abdichtung am Nutgrund der Haltenut anliegt und zum anderen mit einem im Bereich der Nutöffnung angeordneten Kopfabschnitt unter Abdichtung an der anderen Produktkomponente anliegt,
- - wobei der Basisabschnitt zwei mit axialem Abstand koaxial zueinander angeordnete ringförmige Basis-Dichtwulste aufweist, zwischen denen koaxial eine ringförmige radiale Basis-Vertiefung ausgebildet ist, die im Querschnitt betrachtet konkav abgerundet ist, wobei der Basisabschnitt nur mit den beiden Basis-Dichtwulsten am Nutgrund der Haltenut anliegt und zwischen den Basis-Dichtwulsten ein durch die Basis-Vertiefung hervorgerufener, gemeinsam von dem Dichtungsring und dem Nutgrund der Haltenut begrenzter ringförmiger Basis-Zwischenraum vorliegt,
- - wobei ferner der Kopfabschnitt zwei mit axialem Abstand koaxial zueinander angeordnete ringförmige Kopfwulste aufweist, zwischen denen sich axial mittig ein die beiden Kopfwulste radial überragender Firstvorsprung befindet, wobei der Kopfabschnitt nur mit dem Firstvorsprung an der ihm radial gegenüberliegenden Produktkomponente anliegt und zwischen dieser Produktkomponente und den beiden Kopfwulsten jeweils ein zur benachbarten Nutflanke hin offener ringförmiger Kopf-Zwischenraum vorliegt,
- - und wobei sich jeweils einer der Basis-Dichtwulste und einer der Kopfwulste mit radialem Abstand koaxial umschließen, wobei dazwischen eine ringförmige seitliche Vertiefung des Dichtungsrings ausgebildet ist, die im Querschnitt betrachtet konkav abgerundet ist und eine der benachbarten Nutflanke zugewandte axiale Vertiefungsöffnung aufweist.
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Eine aus der
US 3 228 705 A bekannte Dichtungsanordnung dieser Art verfügt über einen gummielastische Eigenschaften aufweisenden Dichtungsring, der in einer ringförmigen Haltenut zwischen zwei gegeneinander abzudichtenden Produktkomponenten aufgenommen ist. Der Dichtungsring hat zwei statische Dichtlippen, die unter Begrenzung einer koaxial zwischen ihnen angeordneten Nut des Dichtungsringes am Nutgrund der ringförmigen Haltenut anliegen. Jede Dichtlippe ist radial außen von einem ringförmigen Vorsprung umschlossen, der gemeinsam mit der von ihm umschlossenen Dichtlippe eine ringförmige seitliche Nut begrenzt. Axial zwischen den beiden Vorsprüngen befindet sich eine dynamische Dichtlippe, die von zwei konischen Flächen begrenzt ist und an der die ringförmige Haltenut überbrückenden Produktkomponente mit Dichtkontakt anliegt. Im Querschnitt betrachtet sind sowohl die zwischen den beiden statischen Dichtlippen angeordnete ringförmige Nut als auch die beiden seitlichen ringförmigen Nuten konkav abgerundet.
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Die
DE 10 2014 007 617 A1 beschreibt eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtring, der in einer Ringnut einer von zwei sich umschließenden Produktkomponenten aufgenommen ist. Der Dichtring hat zwei unter seitlicher Begrenzung eines dem Nutgrund zugeordneten Expansionsraumes am Nutgrund der Haltenut anliegende Dichtkanten und verfügt ferner über zwei seitliche Dichtwulste, die jeweils an einer Nutflanke der Haltenut anliegen können. Mit einer dem Nutgrund abgewandten Abstreiflippe liegt der Dichtring unter Abdichtung an der dem Nutgrund gegenüberliegenden Produktkomponente an.
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Aus der
DE 197 48 794 A1 ist ein Dichtring bekannt, der in einer Nut eines von zwei zueinander konzentrischen Maschinenteilen aufgenommen ist. Der Dichtring hat zwei zueinander beabstandete Absätze, mit denen er am Nutgrund anliegt und die zwischen sich eine Ringnut begrenzen. Radial außerhalb jedes dieser Absätze befindet sich eine Dichtringflanke, die gemeinsam mit dem von ihr umschlossenen Absatz eine seitliche Ausnehmung begrenzt. Dem Nutgrund abgewandt hat der Dichtring eine ballige Dichtfläche, mit der er unter Abdichtung an dem zweiten Maschinenteil anliegt.
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Eine weitere Dichtungsanordnung ist in der
EP 2 554 877 A1 im Zusammenhang mit einem fluidtechnischen Gerät beschrieben. Zwischen zwei einander umschließenden Produktkomponenten ist ein Dichtungsring angeordnet, der in einer Haltenut fixiert ist, die entweder in der inneren ersten Produktkomponente oder in der äußeren zweiten Produktkomponente ausgebildet ist. Ein in der Haltenut angeordneter gummielastischer Dichtungsring steht mit beiden Produktkomponenten in Dichtkontakt und trennt auf diese Weise unter Abdichtung zwei gegeneinander abzudichtende Bereiche voneinander ab. Der bekannte Dichtungsring ist U-förmig strukturiert und ist mit axial orientierter U-Öffnung in der Haltenut aufgenommen. Eine erste von zwei Dichtlippen fungiert als Basisabschnitt, der unter Abdichtung am Nutgrund der Haltenut anliegt. Die zweite Dichtlippe definiert einen Kopfabschnitt, der an der anderen Produktkomponente dichtend anliegt. Eine wirksame Abdichtung kann der bekannte Dichtungsring allerdings nur in einer axialen Richtung leisten, sodass er nicht universell einsetzbar ist. Zudem ist die Querschnittgeometrie des bekannten Dichtungsrings relativ komplex, was sich nachteilig auf die Herstellungskosten auswirkt.
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Zur Abdichtung zweier ineinander eingesteckter Produktkomponenten, beispielsweise zweier Gehäusekomponenten, ist es auch schon allgemein bekannt, auf sogenannte O-Ringe zurückzugreifen, deren Dichtungskörper einen kreisförmigen Querschnitt hat. Nachteilig bei O-Ringen ist jedoch, dass sie relativ hohe Radialkräfte erzeugen, sodass in den gegenseitig abzudichtenden Produktkomponenten hohe Beanspruchungen auftreten. Auch die Montage wird dadurch erschwert. Problematisch sind auch Anwendungsbedingungen, bei denen der Dichtungsring bei seiner Montage über eine Kante hinweggeschoben werden muss, beispielsweise über die Kante einer Bohrung hinweg. Hier kann der Dichtungsring sehr leicht beschädigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Dichtungsanordnung zu schaffen, die einen relativ universell einsetzbaren, einfach und mit geringem Beschädigungsrisiko montierbaren und dabei kostengünstig herstellbaren Dichtungsring aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Basis-Vertiefung eine geringere Wölbung aufweist und eine geringere maximale Tiefe hat als jede der beiden ringförmigen seitlichen Vertiefungen.
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Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung hat einen Dichtungsring, dessen Querschnittsgeometrie eine dem Buchstaben X ähnelnde Struktur hat, wobei vier zueinander koaxiale Wulste an den Endbereichen der vier X-Schenkel angeordnet sind. Für die Abdichtung zweier axial benachbarter abzudichtender Bereiche sorgen einerseits die beiden Basis-Dichtwulste und andererseits der Firstvorsprung. Der Dichtungsring kann gegen Überdrücke von beiden axialen Seiten abdichten, weil der jeweils auf der Überdruckseite liegende Basis-Dichtwulst aufgrund seiner Nachgiebigkeit durch den herrschenden Fluiddruck an den Nutgrund angedrückt werden kann. Auch der Firstvorsprung ist in der Lage, unabhängig davon, von welcher axialen Seite her eine Überdruckbeaufschlagung erfolgt, eine wirksame Abdichtung bezüglich der an ihm anliegenden Produktkomponente herbeizuführen. Somit lässt sich der Dichtungsring universell verwenden. Die zwischen den beiden Basis-Dichtwulsten ausgebildete Basis-Vertiefung des Dichtungsrings sorgt für eine relativ hohe Flexibilität des Dichtungsrings in der radialen Richtung, was einerseits für einen guten Toleranzausgleich sorgt und andererseits die Belastung der gegeneinander abzudichtenden Produktkomponenten reduziert. Der Dichtungsring kann sich optimal an die Relativposition zwischen den gegenseitig abzudichtenden Produktkomponenten anpassen. Die hohe radiale Nachgiebigkeit wirkt zudem Beschädigungen entgegen, wenn der Dichtungsring bei seiner Montage über eine Bohrungskante hinweggeschoben werden muss. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine der beiden ineinander eingesteckten Produktkomponenten von einer Bohrung durchsetzt ist, beispielsweise von einer Befestigungsbohrung oder von einer Fluidkanalbohrung. Auch die beiden ringförmigen seitlichen Vertiefungen bewirken eine Erhöhung der geometrischen Flexibilität, ohne die strukturelle Stabilität des Dichtungsringes als solches zu beeinträchtigen. Jeder der beiden Basis-Dichtwulste ist einerseits von der Basis-Vertiefung und andererseits von einer der ringförmigen seitlichen Vertiefungen flankiert, sodass er leicht biegbar ist, was die Montag erleichtert, wenn der Dichtungsring auf eine die Haltenut aufweisende erste Produktkomponente aufgeschoben oder in eine die Haltenut aufweisende zweite Produktkomponente eingeschoben wird. Sowohl die Basis-Vertiefung als auch die beiden seitlichen Vertiefungen sind im Querschnitt betrachtet bevorzugt jeweils konkav abgerundet. Anders ausgedrückt sind dieses Vertiefungen nach innen gewölbt. Die Basis-Vertiefung hat eine geringere Wölbung und maximale Tiefe als jede der beiden ringförmigen seitlichen Vertiefungen. Gleichwohl hat die Basis-Vertiefung eine derartige radiale Tiefe, dass bei der Anwendung des Dichtungsringes in jedem Betriebszustand der ringförmige Basis-Zwischenraum zwischen dem Basisabschnitt des Dichtungsringes und dem Nutgrund vorhanden ist. Dieser Basis-Zwischenraum gewährleistet auch bei wechselnden Betriebsbedingungen eine uneingeschränkte radiale Flexibilität des Dichtungsringes. Der zentrale Bereich des Dichtungsringes kann sich unter elastischer Verformung des Basis-Dichtwulste radial bewegen. Die mittige Anordnung des Firstvorsprunges zwischen den beiden Kopfwulsten bewirkt eine axiale Abstützung und Stabilisierung des Firstvorsprunges und sorgt für eine ausreichende Breite des Dichtungsringes, um bei der Montage ein Verdrillen zu vermeiden. Dadurch, dass der Firstvorsprung bezüglich den beiden Kopfwulsten radial vorsteht, können zudem sanfte Übergangsbereiche ausgebildet werden, die ein leichtes Hinweggleiten über Bohrungskanten begünstigen. Insgesamt hat der Dichtungsring eine regelmäßige und relativ simple Querschnittskontur, was eine einfache Herstellung erlaubt. Der Dichtungsring kann zudem ohne Funktionsbeeinträchtigung mit relativ geringen Querschnittsabmessungen realisiert werden, sodass seine Integration in die Dichtungsanordnung nur wenig Bauraum erfordert.
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Die Dichtungsanordnung kann beliebige Bauteile als durch den Dichtungsring gegeneinander abzudichtende Produktkomponenten aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei den beiden Produktkomponenten um Gehäusekomponenten handeln, die mittels des Dichtungsringes statisch gegeneinander abzudichtend sind. Ebenso kann es sich bei den beiden Produktkomponenten um Gerätekomponenten handeln, die bei der Nutzung der Dichtungsanordnung Relativbewegungen ausführen, wobei mittels des Firstvorsprunges eine dynamische Abdichtung zwischen den relativ zueinander beweglichen Produktkomponenten stattfindet. Die Dichtungsanordnung ist bevorzugt von einer fluidtechnischen Art, wobei mittels des Dichtungsringes zwei Bereiche voneinander abgedichtet werden, von denen wenigstens einer durch ein fluidisches Druckmedium beaufschlagt ist, beispielsweise durch Druckluft oder durch eine Druckflüssigkeit.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Haltenut an jeder Stelle zwischen ihren beiden Nutflanken eine größere Breite hat als der in der Haltenut gehaltene Dichtungsring. Auf diese Weise kann der Dichtungsring in der Haltenut axial schwimmend aufgenommen sein. Insbesondere kann der Dichtungsring in der Haltenut eine Arbeitsposition einnehmen, in der er zu beiden Nutflanken beabstandet ist. Dadurch kann wirksam verhindert werden, dass die Flexibilität des Dichtungsringes durch einen Kontakt mit der die Haltenut aufweisenden Produktkomponente beschränkt wird.
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Zu Gunsten einer besonders einfachen Herstellung ist die Haltenut vorzugsweise mit einem rechteckigen Querschnitt ausgeführt.
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Sowohl die Basis-Dichtwulste als auch die Kopfwulste sind im Querschnitt betrachtet bevorzugt konvex abgerundet. Man kann somit von einer nach außen gewölbten Formgebung sprechen. In Kombination mit der konkaven Abrundung der Basis-Vertiefung und der beiden seitlichen Vertiefungen ergibt dies eine flüssige, wellenförmige Umfangskontur ohne störende Ecken und Kanten.
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Die Basis-Dichtwulste sind bevorzugt entlang ihrer gesamten Querschnitts-Außenkontur konvex abgerundet. Es ist allerdings möglich, an ihrer der jeweils benachbarten Nutflanke zugewandten Seite eine ringförmige Abflachung vorzusehen.
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Als günstig hat es sich erwiesen, wenn der Dichtungsring im Bereich der radialen Höhe der Basis-Dichtwulste zumindest im Wesentlichen die gleiche axiale Breite hat wie im Bereich der radialen Höhe der Kopfwulste. Dies zumindest im noch nicht eingebauten unverformten Zustand des Dichtungsringes. Bevorzugt liegt dieses geometrische Verhältnis aber auch im montierten Gebrauchszustand vor.
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Der Firstvorsprung ist im Kontaktbereich mit der an ihm anliegenden Gerätekomponente aufgrund der auf ihn einwirkenden Flächenpressung abgeflacht und hat eine kreiszylindrische Form. Dies gilt allerdings nur für den montierten Gebrauchszustand. Im nicht eingebauten unverformten Zustand hat der Firstvorsprung zweckmäßigerweise im Querschnitt betrachtet eine konvexe Wölbung.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn jeder Kopfwulst mit einer konischen Übergangsfläche in den Firstabschnitt übergeht. Die Neigung der beiden konischen Übergangsflächen, das heißt der Öffnungswinkel des jeweiligen Konus, ist dabei zweckmäßigerweise identisch. Eine konische Übergangsfläche begünstigt insbesondere das Hinweggleiten über Bohrungskanten beim axialen Zusammenstecken der beiden Produktkomponenten, wenn bei diesem Montagevorgang der Dichtungsring in der Haltenut vormontiert ist. Eine konische Übergangsfläche hat dabei den Vorteil, dass unabhängig vom radialen Kompressionsgrad des Dichtungsringes der Auftreffwinkel bezüglich der Bohrungskante konstant ist. Somit liegen unabhängig von Produkttoleranzen stets gleichbleibende Montagegegebenheiten vor, was insbesondere auch einen automatisierten Zusammenbau der Dichtungsanordnung begünstigt.
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Der Firstvorsprung liegt an der ihm radial gegenüberliegenden Produktkomponente insbesondere unter rein statischer Abdichtung an. Allerdings eignet er sich auch für eine dynamische Abdichtung, also für Anwendungsfälle, bei denen sich die beiden Produktkomponenten während der Nutzung der Dichtungsanordnung relativ zueinander bewegen, wobei es sich um eine rotative und/oder um eine axial lineare Relativbewegung handeln kann.
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Die Dichtungsanordnung kann so ausgebildet sein, dass die Haltenut mit nach radial außen orientierter radialer Nutöffnung in der ersten Produktkomponente ausgebildet ist, wobei der Firstvorsprung des Dichtungsringes nach radial außen orientiert ist.
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Alternativ kann die Dichtungsanordnung aber auch so ausgeführt sein, dass die Haltenut mit nach radial innen orientierter radialer Nutöffnung in der zweiten Produktkomponente ausgebildet ist, wobei der Firstvorsprung des Dichtungsringes nach radial innen orientiert ist.
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Beide vorgenannten Ausgestaltungen können in ein und derselben Dichtungsanordnung durchaus auch mehrfach realisiert sein. Außerdem können beide Ausgestaltungen in ein und derselben Dichtungsanordnung gleichzeitig realisiert sein.
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Bei einer als besonders vorteilhaft erachteten Ausgestaltung der Dichtungsanordnung ist in der zweiten Produktkomponente eine sacklochartige Ausnehmung ausgebildet, die eine Ausnehmungs-Öffnung, eine der Ausnehmungs-Öffnung axial gegenüberliegende Ausnehmungs-Grundfläche und eine sich zwischen der Ausnehmungs-Öffnung und der Ausnehmungs-Grundfläche erstreckende Innenmantelfläche aufweist. Die Innenmantelfläche ist bevorzugt zylindrisch ausgestaltet. Die erste Produktkomponente hat einen zapfenartigen Längenabschnitt mit einer peripheren Außenmantelfläche, der durch die Ausnehmungs-Öffnung hindurch axial in die sacklochartige Ausnehmung eingesteckt ist. Abhängig von der Ausgestaltung der ersten Produktkomponente kann der zapfenartige Längenabschnitt nur einen Teil der ersten Produktkomponente oder die gesamte erste Produktkomponente bilden. Die Außenmantelfläche ist bevorzugt zylindrisch ausgebildet.
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Im Zusammenhang mit einer Dichtungsanordnung, bei der die Haltenut in der ersten Produktkomponente ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn die zweite Produktkomponente von mindestens einer Bohrung durchsetzt ist, die mit mindestens einer Bohrungsmündung zu der Innenmantelfläche der sacklochartigen Ausnehmung ausmündet, wobei die Haltenut derart in dem zapfenartigen Längenabschnitt der ersten Gehäusekomponente ausgebildet ist, dass der darin gehaltene Dichtungsring in dem axial zwischen der Bohrungsmündung und der Ausnehmung-Grundfläche liegenden Bereich der Innenmantelfläche angeordnet ist.
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Im Zusammenhang mit einer Dichtungsanordnung, bei der die Haltenut in der zweiten Produktkomponente ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn die erste Produktkomponente von mindestens einer Bohrung durchsetzt ist, die mit mindestens einer Bohrungsmündung zu der Außenmantelfläche des zapfenartigen Längenabschnittes ausmündet. Die Haltenut ist in diesem Fall derart in der zweiten Produktkomponente ausgebildet, dass die Bohrungsmündung in dem axial zwischen den Dichtungsring und der Ausnehmungs-Grundfläche liegenden Bereich der Außenmantelfläche angeordnet ist.
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Der gummielastische Dichtungsring ist zweckmäßigerweise einstückig ausgebildet. Er besteht vorzugsweise aus einem Elastomermaterial. Zweckmäßigerweise ist er aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) gefertigt.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung, wobei eine einen Dichtungsring aufnehmende Haltenut in einer in eine zweite Produktkomponente eingesteckten ersten Produktkomponente ausgebildet ist,
- 2 den gleichen Längsschnitt wie in 1 in einer isometrischen Darstellung,
- 3 den in 1 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt III in einer vergrößerten Darstellung, wobei ein Querschnitt des eingebauten Dichtungsringes an einer Stelle seines Umfanges gezeigt ist,
- 4 den gleichen Querschnitt des Dichtungsringes wie in 3, allerdings im nicht eingebauten, unverformten spannungsneutralen Zustand des Dichtungsringes, wobei die Bestandteile der Produktkomponenten nur strichpunktiert angedeutet sind,
- 5 eine isometrische Einzeldarstellung des in der Dichtungsanordnung gemäß 1 bis 4 enthaltenen Dichtungsringes,
- 6 den Dichtungsring aus 5 in einem diametralen Querschnitt,
- 7 einen der Abbildung der 1 entsprechenden Längsschnitt einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Dichtungsanordnung, bei der die Haltenut und der Dichtungsring in der zweiten Produktkomponente ausgebildet sind,
- 8 den Längsschnitt aus 7 in einer isometrischen Darstellung,
- 9 den in 7 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt IX in einer vergrößerten Darstellung, wobei ein Querschnitt des Dichtungsringes an einer Stelle seines Umfanges ersichtlich ist,
- 10 den gleichen Querschnitt des Dichtungsrings wie in 9, allerdings im nicht eingebauten, unverformten spannungsneutralen Zustand, wobei die zugeordneten Produktkomponenten nur strichpunktiert angedeutet sind,
- 11 den Dichtungsring der Dichtungsanordnung aus 7 bis 10 in einer isometrischen Einzeldarstellung, und
- 12 einen diametralen Querschnitt des Dichtungsrings aus 1 in isometrischer Darstellung.
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In der Zeichnung ist in den 1 bis 6 eine erste Ausführungsform und in den 7 bis 12 eine zweite Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 1 illustriert. Jede dieser Dichtungsanordnungen 1 repräsentiert ganz oder teilweise ein technisches Produkt, beispielsweise ein fluidtechnisches Gerät wie zum Beispiel ein Ventil oder ein zur Druckluftaufbereitung dienendes Wartungsgerät.
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Bevorzugt wird die Erfindung eingesetzt, um Bereiche voneinander abzudichten, die unterschiedlich hohen Drücken ausgesetzt sind. Allerdings ist ein Einsatz auch im Zusammenhang mit drucklosen Anwendungen möglich, beispielsweise rein zur Abdichtung gegen einen Übertritt von Feuchtigkeit und/oder von Verunreinigungen.
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Soweit im Einzelfall keine abweichenden Angaben gemacht werden, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung der Dichtungsanordnung 1 auf alle illustrierten Ausführungsbeispiele.
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Die Dichtungsanordnung 1 hat eine erste Produktkomponente 2 und eine zweite Produktkomponente 3. Im Gebrauchszustand der Dichtungsanordnung 1, die aus den 1 bis 3 und 7 bis 9 hervorgeht, ist die erste Produktkomponente 2 in der Achsrichtung einer Hauptachse 4 der Dichtungsanordnung 1 in die zweite Produktkomponente 3 eingesteckt. Dadurch ist die erste Produktkomponente 2 von der zweiten Produktkomponente 3 peripher umschlossen. Die Achsrichtung der Hauptachse 4 wird im Folgenden auch als axiale Richtung bezeichnet.
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Koaxial zwischen den beiden Produktkomponenten 2, 3 befindet sich ein ringförmiger Fügespalt 5, dessen axiale Länge von der axialen Überdeckung der beiden Produktkomponente 2, 3 abhängt. Im Bereich dieses Fügespaltes 5 befindet sich ein koaxial zu der Hauptachse 4 angeordneter gummielastischer Dichtungsring 6, der mit beiden Produktkomponenten 2, 3 in mindestens einem ringförmigen Dichtkontakt steht. Dadurch wird der ringförmige Fügespalt 5 unter Abdichtung in zwei axial aufeinanderfolgende Bereiche unterteilt, die im Folgenden als erste und zweite abzudichtende Bereiche 7, 8 bezeichnet werden. Der Dichtungsring 6 hat eine Längsachse 9.
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Die erste Produktkomponente 2 hat zweckmäßigerweise einen zapfenartigen Längenabschnitt 12. Abhängig vom Anwendungszweck kann der zapfenartige Längenabschnitt 12 die erste Produktkomponente 2 nur teilweise oder zur Gänze bilden. Illustriert ist ein Ausführungsbeispiel, bei der die erste Produktkomponente 2 in ihrer Gesamtheit von dem zapfenartigen Längenabschnitt 12 gebildet ist, der beispielsweise einen Verschlussstopfen repräsentiert.
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Der in die zweite Produktkomponente 3 eintauchende Abschnitt der ersten Produktkomponente 2, exemplarisch also der zapfenartige Längenabschnitt 12, hat radial außen eine bevorzugt zylindrische Außenmantelfläche 13.
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In der zweiten Produktkomponente 3 ist eine sacklochartige Ausnehmung 14 ausgebildet, die peripher über eine bevorzugt ebenfalls zylindrische Innenmantelfläche 15 verfügt. Die Innenmantelfläche 15 erstreckt sich axial zwischen einer von außen her zugänglichen Ausnehmungs-Öffnung 16 und einer der Ausnehmungs-Öffnung axial gegenüberliegenden Ausnehmungs-Grundfläche 17. Zur Montage der Dichtungsanordnung 1 ist der zapfenartige Längenabschnitt 12 durch die Ausnehmungs-Öffnung 16 hindurch in die sacklochartige Ausnehmung 14 koaxial eingesteckt. Der ringförmige Fügespalt 5 befindet sich radial zwischen der Innenmantelfläche 15 der sacklochartigen Ausnehmung 14 und der Außenmantelfläche 13 des zapfenartigen Längenabschnittes 12.
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Bei nicht illustrierten Ausführungsbeispielen ist die erste Produktkomponente 2 in eine nicht sacklochartig ausgebildete, durchgehende Ausnehmung der zweiten Produktkomponente 3 eingesteckt.
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Der Dichtungsring 6 ist in einer zu der Hauptachse 4 koaxialen Haltenut 18 einer der beiden Produktkomponenten 2, 3 gehalten. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 befindet sich die Haltenut 18 in der ersten Produktkomponente 2, wobei sie exemplarisch in die Außenmantelfläche 13 des zapfenartigen Längenabschnittes 12 eingebracht ist. Die Haltenut 18 hat hierbei eine ringförmige, radial orientierte Nutöffnung 22, die in der Außenmantelfläche 13 liegt und bezüglich der ein ebenfalls radial orientierter Nutgrund 23 der Haltenut 18 radial in Richtung zur Hauptachse 4 zurückversetzt ist. Zwischen den beiden Rändern der Nutöffnung 22 und dem Nutgrund 23 erstreckt sich jeweils eine von zwei sich axial gegenüberliegenden Nutflanken 24, 25.
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Die Nutflanken 24, 25 verlaufen zweckmäßigerweise unabgestuft in jeweils einer zu der Hauptachse 4 senkrechten Radialebene. Der nach radial außen weisende Nutgrund 22 ist bevorzugt zylindrisch gestaltet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 befindet sich die Haltenut 18 nicht in der ersten Produktkomponente 1, sondern in einem die erste Produktkomponente 2 umschließenden Bereich der zweiten Produktkomponente 3. Exemplarisch ist sie in der Innenmantelfläche 15 ausgebildet. Ihr grundsätzlicher Aufbau ist der Gleiche wie bei der vorstehend beschriebenen Haltenut 18 des Ausführungsbeispiels der 1 bis 6, jedoch mit dem Unterschied, dass sich die Nutöffnung 22 in der Innenmantelfläche 15 befindet und der ebenfalls ringförmige Nutgrund 23 mit diesbezüglich größerem radialen Abstand zur Hauptachse 4 nach radial außen versetzt ist. Eine erste Nutflanke 24 der beiden Nutflanken 24, 25 liegt wie beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 näher bei der Ausnehmungs-Grundfläche 17 als die axial gegenüberliegende zweite Nutflanke 25 der beiden Nutflanken 24, 25.
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In der Haltenut 18 ist der schon erwähnte Dichtungsring 6 koaxial aufgenommen und auch gehalten. Dementsprechend ist der Dichtungsring 6 beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 an der ersten Produktkomponente 2 und beim Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 an der zweiten Produktkomponente 3 fixiert. Seine Längsachse 9 fällt mit der Hauptachse 4 zusammen.
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Die Haltenut 18 hat vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt. Als Querschnitt versteht sich ein Schnitt in einer von der Hauptachse 4 und einer hierzu senkrechten Radialachse 26 aufgespannten Ebene. Bei dem Dichtungsring 6 versteht sich als Querschnitt ein Schnitt in einer die Längsachse 9 enthaltenden Ebene.
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Der Dichtungsring 6 hat einen ringförmigen, koaxial zu der Hauptachse 4 und der Längsachse 9 ausgerichteten Basisabschnitt 27. Der Basisabschnitt 27 liegt unter statischer Abdichtung am Nutgrund 23 der Haltenut 18 an. Er befindet sich beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 radial innen und beim Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 radial außen an dem Dichtungsring 6.
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Der Dichtungsring 6 hat außerdem einen bezüglich des Basisabschnittes 27 koaxial angeordneten Kopfabschnitt 28, der ebenfalls ringförmig ausgebildet ist. Er befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 radial außen und bei dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 radial innen an dem Dichtungsring 6.
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Der Basisabschnitt 27 enthält zwei mit axialem, also in der Achsrichtung der Hauptachse 4 gemessenem Abstand koaxial zueinander angeordnete ringförmige Basis-Dichtwulste 32. Beide Basis-Dichtwulste 32 liegen mit Dichtkontakt am Nutgrund 23 der Haltenut 18 an.
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Der Kopfabschnitt 28 hat axial mittig einen zur Hauptachse 4 koaxialen ringförmigen Vorsprung, der als Firstvorsprung 33 bezeichnet sei. Er liegt an der die Nutöffnung 22 überdeckenden Produktkomponente 2 oder 3 unter Abdichtung an.
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Die 4 und 10 zeigen den Dichtungsring 6 im unverformten Neutralzustand vor der Montage in der Haltenut 18. Dabei ist zu erkennen, dass die in der Achsrichtung der Radialachse 26 gemessene Höhe des Querschnittes des Dichtungsringes 6 größer ist als die radial gemessene Tiefe der ringförmigen Haltenut 18. Dies führt dazu, dass der Dichtungsring 6 in seiner aus den 3 und 9 ersichtlichen montierten Gebrauchsstellung zwischen dem Nutgrund 23 und der die Nutöffnung 22 überdeckenden Produktkomponente 2 oder 3 elastisch zusammengedrückt ist. Daraus resultiert eine Vorspannung des Dichtungsringes 6, aufgrund der er im Bereich des Basisabschnittes 27 mit dem Nutgrund 23 und im Bereich des Firstvorsprungs 33 mit der am Firstvorsprung 33 anliegenden Produktkomponente 2, 3 verspannt ist. Hieraus resultiert eine zuverlässige fluiddichte Abdichtung zwischen den beiden axial diesseits und jenseits des Dichtungsringes 6 liegenden abzudichtenden Bereichen 7, 8.
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Damit der Ringkörper des Dichtungsrings 6 über eine hohe radiale Flexibilität verfügt, ist der Basisabschnitt 27 in dem axial zwischen den beiden Basis-Dichtwulsten 32 liegenden Bereich mit einer zu der Längsachse 9 und der Hauptachse 4 koaxialen ringförmigen Vertiefung versehen, die als Basis-Vertiefung 34 bezeichnet sei. Die ringförmige Öffnung der Basis-Vertiefung 34 ist dem Nutgrund 23 zugewandt.
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Die Vertiefungs-Grundfläche 35 ist unabhängig vom Betriebszustand der Dichtungsanordnung 1 mit radialem Abstand zum Nutgrund 23 ausgebildet, sodass sie gemeinsam mit dem Nutgrund 23 einen zu der Hauptachse 4 koaxialen ringförmigen Basis-Zwischenraum 36 begrenzt. Der Basis-Zwischenraum 36 ist axial beidseits durch den Dichtkontakt zwischen dem Basis-Dichtwulsten 32 und dem Nutgrund 23 abgedichtet. Vorzugsweise ist die Basis-Vertiefung 34 im Querschnitt betrachtet konkav abgerundet. Konkret bezieht sich die konkave Abrundung auf die Vertiefungs-Grundfläche 35. Bevorzugt geht die Vertiefungs-Grundfläche 35 abstufungslos in die Außenflächen 37 der Basis-Dichtwulste 32 über.
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Die Basis-Dichtwulste 32 sind im Querschnitt betrachtet im Bereich ihrer Außenflächen 37 zweckmäßigerweise konvex abgerundet.
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Der Dichtungsring 6 hat zwei jeweils einer der beiden Nutflanken 24, 25 zugewandte ringförmige Seitenflächen 38. Diese ringförmigen Seitenflächen 38 sind so geformt, dass sich jeweils eine zur benachbarten Nutflanke 24, 25 hin offene ringförmige seitliche Vertiefung 42 im Dichtungsring 6 ergibt. Jede der ringförmigen seitlichen Vertiefungen 42 hat eine der benachbarten Nutflanke 24, 25 zugewandte ringförmige axiale Vertiefungsöffnung 43. Die ringförmigen seitlichen Vertiefungen 42 sind koaxial zu der Längsachse 9 angeordnet.
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Die ringförmigen seitlichen Vertiefungen 42 tragen ebenfalls zur Erhöhung der radialen Elastizität des Querschnittes des Dichtungsringes 6 bei.
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Durch jede der beiden seitlichen Vertiefungen 42 ist einer der beiden ringförmigen Basis-Dichtwulste 32 von einem diesbezüglich radial beabstandeten und koaxial angeordneten ringförmigen Kopfwulst 44 radial abgeteilt. Die beiden Kopfwulste 44 sind mit axialem Abstand zueinander angeordnet und flankieren den zwischen ihnen befindlichen Firstvorsprung 33. Der Firstvorsprung 33 überragt die Kopfwulste 44 in radialer Richtung.
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Dadurch dass die Kopfwulste 44 bezüglich des Firstvorsprunges 33 radial zurückversetzt sind, ergibt sich zwischen jedem Kopfwulst 44 und der an dem Firstvorsprung 33 anliegenden Produktkomponente 2 oder 3 ein ringförmiger Zwischenraum, der zur besseren Unterscheidung als Kopf-Zwischenraum 45 bezeichnet sei und axial zur benachbarten Nutflanke 24, 25 hin offen ist. Im Querschnitt betrachtet hat jeder Kopf-Zwischenraum 45 eine Keilform.
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Die Kopfwulste 44 sind zweckmäßigerweise im Querschnitt betrachtet konvex abgerundet und somit nach außen gewölbt. Die beiden ringförmigen seitlichen Vertiefungen 42 haben eine konkav abgerundete Kontur und sind nach innen gewölbt.
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Vorzugsweise ist die Wölbung der Basis-Vertiefung 34 geringer als diejenige einer jeden der beiden seitlichen Vertiefungen 42.
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Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn die Basis-Vertiefung 34 eine geringere maximale Tiefe hat als jede der beiden ringförmigen seitlichen Vertiefungen 42. Hingegen ist bevorzugt die maximale Breite der Basis-Vertiefung 34, die in der Achsrichtung der Hauptachse 4 gemessen ist, größer als die maximale Breite der beiden ringförmigen seitlichen Vertiefungen 42, die in der Achsrichtung der Radialachse 26 gemessen wird.
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Vorzugsweise sind der Basisabschnitt 27 und der Kopfabschnitt 28 so ausgebildet, dass der Dichtungsring 6 im Bereich der radialen Höhe der Basis-Dichtwulste 32 zumindest im Wesentlichen die gleiche axiale Breite hat wie im Bereich der radialen Höhe der beiden Kopfwulste 44. Dies gilt insbesondere für den aus 4 und 10 ersichtlichen unverformten Neutralzustand, bevorzugt aber auch für den aus 3 und 9 ersichtlichen eingebauten Gebrauchszustand.
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Die beiden Basis-Dichtwulste 32 und die beiden Kopfwulste 44 sind insbesondere so angeordnet, dass sich eine X-ähnliche Querschnittsstruktur des Dichtungsringes 6 ergibt. Dabei liegen jeder Basis-Dichtwulst 32 und der der jeweils anderen Nutflanke 24, 25 benachbarte Kopfwulst 44 auf einer geraden Linie 46a, 46b, wobei diese beiden geraden Linien 46a, 46b nach Art eines X angeordnet sind, dessen Zentrum vorzugsweise im Querschnittsmittelpunkt des Dichtungsringes 6 bzw. dessen Ringkörpers liegt.
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Bevorzugt ist die Haltenut 18 über ihre gesamte radiale Tiefe hinweg mit einer größeren axialen Breite versehen als der in der Haltenut 18 aufgenommene Dichtungsring 6. Dies bietet dem Dichtungsring 6 die Möglichkeit eines axialen Schwimmens. Insbesondere kann der Dichtungsring eine aus 3 und 9 ersichtliche Arbeitsposition einnehmen, in der er zu beiden Nutflanken 24, 25 beabstandet ist und an keiner dieser beiden Nutflanken 24, 25 anliegt.
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In der illustrierten montierten Gebrauchsstellung des Dichtungsringes 6 ist der Firstvorsprung 33 im Kontaktbereich mit der an ihm anliegenden Produktkomponente 2, 3 abgeflacht. Es ergibt sich dadurch eine ringförmige, zylindrisch konturierte Dichtkontaktfläche 47. Damit ist eine hohe Abdichtqualität verbunden. Im nicht eingebauten Neutralzustand ist der Firstvorsprung 33, wie aus den 4 und 10 hervorgeht, nicht abgeflacht, sondern bevorzugt konvex gewölbt. Die Abflachung resultiert aus der radialen Einspannung des Dichtungsringes 6 in der Haltenut 18.
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Optional kann jeder Basis-Dichtwulst 32 an seiner der benachbarten Nutflanke 24, 25 zugewandten Seite eine ringförmige Abflachung 48 aufweisen.
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Bei den illustrierten Ausführungsbeispielen übernimmt der Dichtungsring 6 ausschließlich eine statische Abdichtfunktion. Er liegt mit seinen beiden Basis-Dichtwulsten 32 statisch abdichtend am Nutgrund 23 an und liegt außerdem statisch abdichtend mit seinem Firstvorsprung 33 an der diesbezüglich radial benachbarten Produktkomponente 2, 3 an. Allerdings kann die Dichtungsanordnung 1 auch für Abdichtungsaufgaben verwendet werden, in denen der Firstvorsprung 33 bezüglich der ihm zugeordneten Produktkomponente 2, 3 eine dynamische Abdichtung vornimmt, wobei diese Produktkomponente 2, 3 an dem Firstvorsprung 33 abgleitet. Dies in Fällen, in denen die beiden Produktkomponenten 2, 3 beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Dichtungsanordnung 1 eine Relativbewegung ausführen, sei es eine lineare Relativbewegung in der Achsrichtung der Hauptachse 4 und/oder eine rotative Relativbewegung mit der Hauptachse 4 als Drehachse.
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Jeder der beiden Kopfwulste 44 geht mit einer zu der Hauptachse 4 koaxialen Übergangsfläche 52 absatzlos in den Firstvorsprung 33 über. Die Übergangsfläche 42 ist bezüglich der Hauptachse 4 geneigt. Prinzipiell kann jede Übergangsfläche 52 gewölbt sein, beispielsweise mit einer konvexen Wölbung. Als besonders vorteilhaft hat sich die illustrierte Ausführungsform erwiesen, bei der jede Übergangsfläche 52 konisch gestaltet ist. Jede Übergangsfläche 52 ist somit eben und liegt auf der Mantelfläche eines Konus oder Kegels, dessen Spitze und Längsachse auf der Hauptachse 4 liegen. Die Neigungen der beiden Übergangsflächen 52 beziehungsweise die Öffnungswinkel der beiden zugeordneten Konen sind vorzugsweise untereinander identisch.
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Die konische Gestaltung der Übergangsflächen 52 erweist sich als besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit Ausführungsformen der Dichtungsanordnung 1, bei denen der Firstvorsprung 33 beim axialen Zusammenstecken der beiden Produktkomponenten 2, 3 über eine oder mehrere Bohrungskanten hinweg geschoben werden muss. Die schräge Übergangsfläche 52 begünstigt das Hinweggleiten über die Bohrungskante zur Vermeidung von Beschädigungen des gummielastischen Materials des Dichtungsringes 6. Der Dichtungsring 6 besteht beispielsweise aus einem Elastomermaterial und dabei insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomermaterial.
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Eine vom Firstvorsprung 33 zu überfahrende Bohrungskante 53 liegt beispielsweise dann vor, wenn gemäß 1 und 2 in der zweiten Produktkomponente 3 oder gemäß 7 und 8 in der ersten Produktkomponente 2 mindestens eine Bohrung 54 ausgebildet ist.
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Gemäß 1 und 2 ist die zweite Produktkomponente 3 von mindestens einer Bohrung 54 durchsetzt - exemplarisch sind zwei solcher Bohrungen 54 vorhanden -, die mit einer Bohrungsmündung 55 zu der Innenmantelfläche 15 der sacklochartigen Ausnehmung 14 ausmündet. Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 und 8 ist die erste Produktkomponente 2 derart von einer Bohrung 54 durchsetzt, dass mindestens eine Bohrungsmündung 55 auf der Außenmantelfläche 13 des zapfenartigen Längenabschnittes 12 liegt. Beispielsweise ist der zapfenartige Längenabschnitt 12 diametral von einer Bohrung 54 durchsetzt, die an einander diametral entgegengesetzten Umfangsstellen der Außenmantelfläche 13 mit jeweils einer Bohrungsmündung 55 ausmündet.
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Wenn bei der Montage der Dichtungsanordnung 6 der zapfenartige Längenabschnitt 12 gemäß Pfeil 56 in die sacklochartige Ausnehmung 14 axial eingesteckt wird, gleitet bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 der in dem zapfenartigen Längenabschnitt 12 fixierte Dichtungsring 6 über die Bohrungsmündung 55 und dementsprechend auch über die die Bohrungsmündung 55 umrahmende Bohrungskante 53 hinweg. Umgekehrt gleitet bei dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 jede Bohrungsmündung 55 und somit auch die dieser zugeordnete Bohrungskante 53 der Bohrung 54 über den in der zweiten Produktkomponente 3 fixierten Dichtungsring 6 hinweg.
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Aufgrund der konischen Übergangsflächen 52 und der der maßgeblich auf die Basis-Vertiefung und die ringförmigen seitlichen Vertiefungen 42 zurückzuführenden radialen Flexibilität ist die Beschädigungsgefahr für den Dichtungsring 6 beim ineinander Einstecken der beiden Produktkomponenten 2, 3 äußerst gering.
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Im fertig montierten Gebrauchszustand nimmt bei der Ausführungsform der 1 bis 6 der Dichtungsring 6 eine Position axial zwischen der Bohrungsmündung 55 und der Ausnehmungs-Grundfläche 17 ein. Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 bis 12 liegt jede Bohrungsmündung 55 im fertig montierten Gebrauchszustand in einem Bereich zwischen dem Dichtungsring 6 und der Ausnehmungs-Grundfläche 17.