DE102020215867A1 - Seal ring and seal assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Dichtring (1) für die axial bewegliche Abdichtung eines Kolbens (2) und/oder einer Stange (2) zu einem Gehäuse (3). Der Dichtring (1) weist eine Hochdruckseite (4) und eine Niederdruckseite (5), und auf einer radialen Außenfläche (6) eine umlaufende Berührungszone (7) für eine axial verschiebbare Abdichtung einer Druckdifferenz von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite auf. Der Dichtring (1) weist eine Dichtlippe (8) auf, welche an einer radialen Innenfläche (9) des Dichtrings (1) angeordnet ist, wobei die Dichtlippe (8) sich mit ihrem freien Ende (10) axial in Richtung der Niederdruckseite (5) erstreckt. Die Erfindung betrifft zudem eine korrespondierende Dichtungsanordnung (30).The invention relates to a sealing ring (1) for the axially movable sealing of a piston (2) and/or a rod (2) to a housing (3). The sealing ring (1) has a high-pressure side (4) and a low-pressure side (5), and on a radial outer surface (6) a peripheral contact zone (7) for axially displaceable sealing of a pressure difference from the high-pressure side to the low-pressure side. The sealing ring (1) has a sealing lip (8) which is arranged on a radial inner surface (9) of the sealing ring (1), the sealing lip (8) extending axially with its free end (10) in the direction of the low-pressure side (5th ) extends. The invention also relates to a corresponding sealing arrangement (30).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dichtring für die axial bewegliche Abdichtung eines Kolbens und/oder einer Stange zu einem Gehäuse sowie eine korrespondierende Dichtungsanordnung.The present invention relates to a sealing ring for the axially movable sealing of a piston and/or a rod to a housing and a corresponding sealing arrangement.
Dichtungen für Steuerstangen und Gangstellerkolben dienen zur Abdichtung der Steuerstange oder des Gangstellerkolbens gegenüber einer Bohrung bzw. einer Zylinderlauffläche, in der sie axial beweglich geführt sind. Hierzu sind verschiedene einsetzbare Dichtungen sowie auch an die Kolben oder Stangen anvulkanisierte Dichtungen bekannt.Seals for control rods and gear actuator pistons are used to seal the control rod or the gear actuator piston from a bore or a cylinder running surface in which they are guided so that they can move axially. Various seals that can be used as well as seals vulcanized onto the pistons or rods are known for this purpose.
In bestimmten Anwendungsfällen oder Betriebszuständen kann es jedoch erwünscht sein, dass über die Dichtung eine gezielte Leckage erzeugt wird. Diese Leckage kann beispielsweise für eine Entlüftung, insbesondere bei einer Inbetriebnahme, vorteilhaft sein. Dichtungen mit einer entsprechenden Leckage oder Überströmbarkeit sind ebenfalls im Stand der Technik bekannt, beinhalten jedoch den Nachteil, dass die Leckage nicht nur bei den dafür vorgesehenen Vorgängen wie Entlüften auftritt. Ein kontinuierlicher Austritt von Öl über eine minimale Leckage ist dabei grundsätzlich unerwünscht.In certain applications or operating states, however, it may be desirable for a targeted leakage to be generated via the seal. This leakage can be advantageous, for example, for venting, in particular during commissioning. Seals with a corresponding leakage or the ability to be overflowed are also known in the prior art, but have the disadvantage that the leakage does not only occur during the processes provided for this, such as venting. A continuous escape of oil through a minimal leakage is fundamentally undesirable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Dichtung für eine axial bewegliche Abdichtung eines Kolbens oder einer Stange anzugeben, welche grundsätzlich hohe Dichtheit hat, aber dennoch eine Überströmbarkeit ermöglicht.The invention is therefore based on the object of specifying a seal for an axially movable seal of a piston or a rod, which is fundamentally highly leak-tight, but nevertheless allows overflow.
Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird ein Dichtring mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgeschlagen.To achieve the object of the invention, a sealing ring with the features of
Es wird daher ein Dichtring für die axial bewegliche Abdichtung eines Kolbens und/oder einer Stange zu einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei der Dichtring eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweist. Der Dichtring weist auf einer radialen Außenfläche eine umlaufende Berührungszone für eine axial verschiebbare Abdichtung einer Druckdifferenz von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite auf. Der Dichtring weist eine Dichtlippe auf, welche an einer radialen Innenfläche des Dichtrings angeordnet ist, wobei sich die Dichtlippe mit ihrem freien Ende axial in Richtung der Niederdruckseite erstreckt.A sealing ring for the axially movable sealing of a piston and/or a rod to a housing is therefore proposed, the sealing ring having a high-pressure side and a low-pressure side. On a radial outer surface, the sealing ring has a peripheral contact zone for an axially displaceable sealing of a pressure difference from the high-pressure side to the low-pressure side. The sealing ring has a sealing lip which is arranged on a radial inner surface of the sealing ring, the sealing lip extending axially with its free end in the direction of the low-pressure side.
Der Dichtring ermöglicht mit seiner Berührungszone eine axial verschiebbare Abdichtung beispielsweise zu einer Innenfläche einer Bohrung oder einer Zylinderlauffläche in einem Gehäuse. Die Berührungszone weist hierfür eine vergleichsweise kleine Fläche auf, um die Reibung bei Bewegung des Dichtrings entlang der Innenfläche der Bohrung möglichst gering zu halten. Dies ermöglicht geringere Stellkräfte an einem Kolben oder einer Stange und reduziert zudem die auftretenden Kräfte. Die Berührungszone des Dichtrings bildet somit die axialbewegliche Dichtung des Dichtrings aus. Es kann daher eine axialbewegliche Stange oder ein Kolben gegenüber einer Zylinderlauffläche axialbeweglich abgedichtet werden. Beim Bewegen der Stange oder des Kolbens wird eine mitgeschleppte Flüssigkeitsschicht weitestgehend abgestriffen. Die Wirkung der Dichtung an der Berührungszone des Dichtrings ist vorzugsweise möglichst unabhängig von einer Druckdifferenz zwischen beiden Seiten bzw. zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite.With its contact zone, the sealing ring enables an axially displaceable seal, for example to an inner surface of a bore or a cylinder running surface in a housing. For this purpose, the contact zone has a comparatively small area in order to keep the friction as low as possible when the sealing ring moves along the inner surface of the bore. This enables lower actuating forces on a piston or a rod and also reduces the forces that occur. The contact zone of the sealing ring thus forms the axially movable seal of the sealing ring. An axially movable rod or a piston can therefore be sealed in an axially movable manner relative to a cylinder running surface. When the rod or piston is moved, a layer of liquid that is dragged along is largely wiped off. The effect of the seal on the contact zone of the sealing ring is preferably as independent as possible of a pressure difference between the two sides or between the high-pressure side and the low-pressure side.
Die Dichtlippe des Dichtrings ist an der radialen Innenfläche des Dichtrings angeordnet, so dass die Dichtlippe in einer Einbauposition für eine Anlage im Nutgrund eines Kolbens oder einer Stange vorgesehen ist. Die Dichtlippe ist daher am Innendurchmesser des Dichtrings angeordnet. Die Dichtlippe erstreckt sich mit ihrem freien Ende axial in Richtung der Niederdruckseite, so dass die Dichtlippe grundsätzlich mit einer nach radial innen ausgerichteten Seitenfläche im Nutgrund anliegt. Die Erstreckung des freien Endes in die axiale Richtung kann zusätzlich eine Komponente in radiale Richtung aufweisen, um beispielsweise eine Vorspannung in einer Einbaulage zu realisieren.The sealing lip of the sealing ring is arranged on the radial inner surface of the sealing ring, so that the sealing lip is provided in an installed position for abutment in the groove bottom of a piston or a rod. The sealing lip is therefore arranged on the inner diameter of the sealing ring. The sealing lip extends with its free end axially in the direction of the low-pressure side, so that the sealing lip rests in principle with a radially inwardly directed side face in the bottom of the groove. The extension of the free end in the axial direction can also have a component in the radial direction, for example to implement prestressing in an installed position.
Die Dichtlippe ist vorzugsweise für eine vorgespannte Einbaulage in einer Nut vorgesehen, so dass die Dichtlippe an der Innenfläche zum Nutgrund bei geringer Druckdifferenz unterhalb eines Schwellwerts eine vollständige Dichtigkeit aufweist. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Passungen erreicht werden.The sealing lip is preferably provided for a prestressed installation position in a groove, so that the sealing lip is completely sealed on the inner surface to the base of the groove at a low pressure difference below a threshold value. This can be achieved, for example, by appropriate fits.
Die Ausrichtung der Dichtlippe mit dem freien Ende zur Niederdruckseite bewirkt, dass eine ausreichende Druckdifferenz zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite bzw. Hochdruckraum und Niederdruckraum entgegen der üblichen Verwendung von Dichtlippen dazu führt, dass die steigende Druckdifferenz den Anpressdruck der Dichtlippe reduziert. Man kann die Dichtlippe daher auch als umgekehrte Dichtlippe bezeichnen. Der voreingestellte Anpressdruck, welcher mittels einer elastischen Vorspannung des Dichtrings in der Einbaulage eingestellt werden kann, kann dabei durch eine entsprechend hohe Druckdifferenz soweit reduziert werden, dass die Dichtlippe ein Überströmen eines Mediums von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite ermöglicht. Die Dichtlippe kann hierzu zumindest partiell von einem Nutgrund abheben.The orientation of the sealing lip with the free end towards the low-pressure side means that a sufficient pressure difference between the high-pressure side and the low-pressure side or the high-pressure space and the low-pressure space, contrary to the usual use of sealing lips, results in the increasing pressure difference reducing the contact pressure of the sealing lip. The sealing lip can therefore also be referred to as an inverted sealing lip. The preset contact pressure, which can be adjusted in the installation position by means of elastic prestressing of the sealing ring, can be reduced by a correspondingly high pressure difference to such an extent that the sealing lip allows a medium to flow from the high-pressure side to the low-pressure side. For this purpose, the sealing lip can at least partially lift off from a groove base.
Dementsprechend wird durch den vorgeschlagenen Dichtring erreicht, dass eine völlige Dichtheit bei geringeren Druckdifferenzen möglich ist, wobei gleichzeitig eine Überströmbarkeit des Dichtrings bei hohen Druckdifferenzen möglich ist. Das ermöglicht beispielsweise eine Entlüftung über den Dichtring, insbesondere bei der Inbetriebnahme eines entsprechenden Systems oder Getriebes. Entsprechend weist die Dichtlippe keine durchgehenden axialen Kanäle an der Innenseite auf.Accordingly, the proposed sealing ring achieves that a complete Tightness is possible at lower pressure differences, while at the same time an overflow capability of the sealing ring is possible at high pressure differences. This enables venting via the sealing ring, for example, especially when starting up a corresponding system or transmission. Accordingly, the sealing lip has no continuous axial channels on the inside.
Der Dichtring ist beispielsweise aus einem Elastomerwerkstoff gefertigt. Weiterhin ist der Dichtring beispielsweise einteilig ausgeführt.The sealing ring is made of an elastomeric material, for example. Furthermore, the sealing ring is designed in one piece, for example.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass der Dichtring auf der Niederdruckseite eine Anlagefläche für eine Seitenfläche einer Nut in einem Kolben und/oder in einer Stange aufweist.According to a further development, it is proposed that the sealing ring on the low-pressure side has a contact surface for a side surface of a groove in a piston and/or in a rod.
Die Anlagefläche des Dichtrings dient dazu den Dichtring an der Seitenwand einer Nut abzustützen, so dass dieser durch eine Druckdifferenz von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite nicht axial verschoben werden kann. Ferner ergibt sich hierdurch ein axialer Anpressdruck mit entsprechenden Reibkräften zwischen Anlagefläche und Seitenwand der Nut, so dass eine zusätzliche Verdreh- und/oder Verschiebesicherung des Dichtrings, insbesondere bei Abheben oder partiellem Abheben der Dichtlippe, erreicht werden kann.The contact surface of the sealing ring serves to support the sealing ring on the side wall of a groove, so that it cannot be displaced axially by a pressure difference from the high-pressure side to the low-pressure side. This also results in an axial contact pressure with corresponding frictional forces between the contact surface and the side wall of the groove, so that the sealing ring can be additionally secured against rotation and/or displacement, particularly when the sealing lip is lifted or partially lifted.
Es wird ferner in einer möglichen Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Anlagefläche axial über das freie Ende der Dichtlippe übersteht, so dass eine radiale Bewegung des freien Endes der Dichtlippe bei einem Überströmen nicht durch ein Andrücken der Dichtlippe an der Seitenwand der Nut gehemmt wird.It is also proposed in a possible embodiment that the contact surface protrudes axially beyond the free end of the sealing lip, so that a radial movement of the free end of the sealing lip is not inhibited by the sealing lip pressing against the side wall of the groove when there is an overflow.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Anlagefläche mindestens einen radialen Kanal aufweist, der von radial innen nach radial außen der Anlagefläche verläuft.According to a further development, it is proposed that the contact surface has at least one radial channel, which runs from radially inside to radially outside of the contact surface.
Der oder die radialen Kanäle in der Anlagefläche ermöglichen eine Ableitung eines Mediums, wie beispielsweise Luft, Wasser und/oder Öl, aus einer Nut einer Stange und/oder eines Kolbens in einen Niederdruckraum. Diese Ableitung kann hierbei kontrolliert erfolgen, insbesondere wenn eine Anlagefläche des Dichtrings sich an einer Seitenfläche der Nut abstützt. Der radiale Kanal im Dichtring verhindert hierbei ein Abdrücken der Anlagefläche des Dichtrings auf der Niederdruckseite durch über die Dichtlippe überströmendes Medium von der Hochdruckseite bzw. aus dem Hochdruckraum. Es können im Dichtring in der Anlagefläche beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 oder mehr radiale Kanäle vorgesehen sein. Die radialen Kanäle im Dichtring sind vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet.The radial channel(s) in the contact surface allow a medium, such as air, water and/or oil, to be discharged from a groove in a rod and/or a piston into a low-pressure space. This derivation can take place in a controlled manner, in particular if a contact surface of the sealing ring is supported on a side surface of the groove. The radial channel in the sealing ring prevents the contact surface of the sealing ring on the low-pressure side from being pushed off by medium flowing over the sealing lip from the high-pressure side or from the high-pressure chamber. For example, 1, 2, 3, 4, 5 or 6 or more radial channels can be provided in the contact surface of the sealing ring. The radial channels in the sealing ring are preferably arranged at equal angular intervals.
Zusätzlich bieten der oder die radialen Kanäle im Dichtring durch den begrenzten Querschnitt eine Durchflussbegrenzung bei einem Überströmen. In möglichen Ausführungsformen können die radialen Kanäle ein nicht-geradlinigen Verlauf von radial innen nach radial außen aufweisen, so dass sich ein anderer, beispielsweise längerer oder gekrümmter Verlauf des radialen Kanals ergibt.In addition, the radial channel(s) in the sealing ring offer flow limitation in the event of overflow due to the limited cross section. In possible embodiments, the radial channels can have a non-linear course from radially inside to radially outside, resulting in a different, for example longer or curved course of the radial channel.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass der Dichtring auf der Niederdruckseite eine umlaufende Nut aufweist, welche die Dichtlippe nach radial außen begrenzt.According to a further development, it is proposed that the sealing ring has a circumferential groove on the low-pressure side, which radially outwardly delimits the sealing lip.
Die umlaufende Nut im Dichtring führt auf der Innenseite des Dichtrings zur Ausbildung der Dichtlippe, die beispielsweise eine Wandstärke von 1 mm aufweisen kann. Von der umlaufenden Nut aus in Richtung radial außen setzt sich der Grundkörper des Dichtrings weiter fort, welcher in diesem Abschnitt bevorzugt mindestens die doppelte Wandstärke der Dichtlippe aufweist. Die umlaufende Nut weist in bevorzugten Ausführungsformen einen ausgerundeten Nutgrund auf, welche beispielsweise einen Ausrundungsradius von 40% der Wandstärke der Dichtlippe, beispielsweise 0,4 mm, betragen kann.The circumferential groove in the sealing ring leads to the formation of the sealing lip on the inside of the sealing ring, which can have a wall thickness of 1 mm, for example. The base body of the sealing ring, which preferably has at least twice the wall thickness of the sealing lip in this section, continues from the circumferential groove in the radially outward direction. In preferred embodiments, the circumferential groove has a rounded groove base which, for example, can have a rounded radius of 40% of the wall thickness of the sealing lip, for example 0.4 mm.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das freie Ende der Dichtlippe auf der Niederdruckseite mindestens einen radialen Spalt aufweist.It is also proposed that the free end of the sealing lip has at least one radial gap on the low-pressure side.
Der oder die radialen Spalte am freien Ende der Dichtlippe ermöglichen ein kontrolliertes Überströmen im Bereich der radialen Spalte bei einem ausreichend hohen Differenzdruck. Durch die radialen Spalte am freien Ende ist kein vollständiges Abheben über die gesamte Länge der Dichtlippe von einem Nutgrund für ein Überströmen erforderlich. Vielmehr kann erreicht werden, dass sich mit steigender Druckdifferenz die Kontaktfläche von Dichtlippe und Nutgrund zunehmend verringert. Mit steigendem Druck wird die Dichtlippe ausgehend vom Hochdruckraum mit steigendem Differenzdruck zunehmend weiter abgehoben. Das Abheben wird durch den höheren Druck auf der dem Hochdruckraum zugewandten Innenfläche bewirkt. Der Differenzdruck drückt die Dichtlippe somit in Richtung freies Ende zunehmend nach radial außen. Die Breite der umlaufenden Kontaktfläche verringert sich somit mit steigendem Differenzdruck. Der oder die radialen Spalte in der Dichtlippe verkürzen lokal die Breite der umlaufenden Kontaktfläche und ermöglichen daher ein Überströmen bevor die Dichtlippe bis zu einer Dichtkante am freien Ende vollständig abgehoben ist. Bei einer ausreichend hohen Druckdifferenz wird daher die Dichtlippe soweit aufgedrückt, dass sich die radialen Spalte in der Dichtlippe zum Hochdruckraum öffnen und eine Verbindung zum Niederdruckraum herstellen. Die Druckdifferenz, ab der ein Überströmen auftrifft, kann so deutlich genauer eingestellt werden. Zudem kann hierdurch ein Flattern der Dichtlippe beim Überströmen unterdrückt werden, was die Haltbarkeit des Dichtrings verbessert. Es können in der Dichtlippe beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 oder mehr radiale Spalte vorgesehen sein. Die radialen Spalte in der Dichtlippe sind vorzugsweise rotationssymmetrisch angeordnet.The radial gap or gaps at the free end of the sealing lip enable a controlled overflow in the area of the radial gap at a sufficiently high differential pressure. Due to the radial gaps at the free end, the sealing lip does not have to be completely lifted off the bottom of a groove over the entire length for overflow. Rather, it can be achieved that the contact surface of the sealing lip and the bottom of the groove decreases with increasing pressure difference. With increasing pressure, the sealing lip is increasingly lifted off from the high-pressure chamber with increasing differential pressure. The lifting is caused by the higher pressure on the inner surface facing the high-pressure chamber. The differential pressure thus increasingly presses the sealing lip radially outward in the direction of the free end. The width of the circumferential contact area thus decreases as the differential pressure increases. The radial gap or gaps in the sealing lip locally shorten the width of the circumferential contact surface and therefore allow overflow before the sealing lip has completely lifted up to a sealing edge at the free end. If the pressure difference is sufficiently high, the sealing lip opens to such an extent pressed so that the radial gaps in the sealing lip open to the high-pressure space and establish a connection to the low-pressure space. The pressure difference from which an overflow occurs can be set much more precisely. In addition, fluttering of the sealing lip during overflow can be suppressed in this way, which improves the durability of the sealing ring. For example, 1, 2, 3, 4, 5 or 6 or more radial gaps can be provided in the sealing lip. The radial gaps in the sealing lip are preferably arranged in a rotationally symmetrical manner.
Die radialen Spalte in der Dichtlippe können auch beispielsweise als einfache Schlitze ausgeführt sein.The radial gaps in the sealing lip can also be designed as simple slots, for example.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Innenfläche des Dichtrings im nicht eingebauten Zustand einen Kegelabschnitt bildet, welcher seinen größten Durchmesser auf der Hochdruckseite des Dichtrings hat.In an advantageous embodiment, it is proposed that the inner surface of the sealing ring forms a conical section in the non-installed state, which has its largest diameter on the high-pressure side of the sealing ring.
Hierdurch kann in einfacher Weise erreicht werden, dass die Verbindung der Dichtlippe zur Hochdruckseite und somit zum höheren Druck gewährleistet ist. Dementsprechend kann die Dichtlippe mit zunehmenden Differenzdruck aufgedrückt werden. Durch die entsprechende Form eines Kegelabschnitts auf der Innenfläche des Dichtrings kann eine günstige Verteilung der Andruckkräfte der Dichtlippe im Einbauzustand erreicht werden. Es ergeben sich zudem Vorteile bei der Fertigung des Dichtrings.In this way it can be achieved in a simple manner that the connection of the sealing lip to the high-pressure side and thus to the higher pressure is ensured. Accordingly, the sealing lip can be pressed open with increasing differential pressure. Due to the appropriate shape of a cone section on the inner surface of the sealing ring, a favorable distribution of the pressure forces of the sealing lip can be achieved in the installed state. There are also advantages in the production of the sealing ring.
Es wird ferner eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgeschlagen, wobei der Dichtring in eine Nut in einem Kolben und/oder in einer Stange eingesetzt ist.A sealing arrangement with a sealing ring according to one of
Es kann sich bei der Dichtungsanordnung beispielsweise um eine Dichtungsanordnung eines Gangstellerkolbens in einem Getriebe handeln. Die Dichtungsanordnung ermöglicht ein druckabhängig überströmbares Dichtsystem, welches eine hohe Dichtigkeit bei geringem Druckgefälle ermöglicht.The sealing arrangement can be, for example, a sealing arrangement of a gear selector piston in a transmission. The sealing arrangement enables a pressure-dependent overflowable sealing system, which enables high tightness with a low pressure drop.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass in der Seitenfläche der Nut im Kolben und/oder in der Stange, welche einer Niederdruckseite zugeordnet ist, ein radialer Kanal vorgesehen ist.According to a further development, it is proposed that a radial channel be provided in the side surface of the groove in the piston and/or in the rod, which is assigned to a low-pressure side.
Der radiale Kanal in der Seitenfläche der Nut ermöglicht beim Überströmen der Dichtlippe bei einem hohen Differenzdruck ein Abströmen des Mediums aus der Nut auf der Niederdruckseite in den Niederdruckraum.The radial channel in the side surface of the groove allows the medium to flow out of the groove on the low-pressure side into the low-pressure space when it flows over the sealing lip at a high differential pressure.
Diese Ableitung kann hierbei kontrolliert erfolgen, insbesondere wenn eine Anlagefläche des Dichtrings sich an einer Seitenfläche der Nut abstützt. Der radiale Kanal in der Seitenfläche der Nut verhindert hierbei ein Abdrücken der Anlagefläche des Dichtrings auf der Niederdruckseite durch über die Dichtlippe überströmendes Medium von der Hochdruckseite bzw. aus dem Hochdruckraum. Es können im in der Seitenfläche der Nut beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 radiale Kanäle vorgesehen sein. Die radialen Kanäle in der Seitenfläche der Nut sind vorzugsweise rotationssymmetrisch angeordnet.This derivation can take place in a controlled manner, in particular if a contact surface of the sealing ring is supported on a side surface of the groove. The radial channel in the side surface of the groove prevents the contact surface of the sealing ring on the low-pressure side from being pushed off by medium flowing over the sealing lip from the high-pressure side or from the high-pressure chamber. For example, 1, 2, 3, 4, 5 or 6 radial channels can be provided in the side surface of the groove. The radial channels in the side surface of the groove are preferably arranged in a rotationally symmetrical manner.
Zusätzlich bieten der oder die radialen Kanäle in der Seitenfläche durch den begrenzten Querschnitt eine Durchflussbegrenzung bei einem Überströmen. In möglichen Ausführungsformen können die radialen Kanäle ein nicht-geradlinigen Verlauf von radial innen nach radial außen aufweisen, so dass sich ein anderer, beispielsweise längerer oder gekrümmter Verlauf des radialen Kanals ergibt.In addition, the radial channel or channels in the side surface offer a flow limitation in the event of an overflow due to the limited cross section. In possible embodiments, the radial channels can have a non-linear course from radially inside to radially outside, resulting in a different, for example longer or curved course of the radial channel.
Gemäß einer weiteren Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Dichtlippe im Einbauzustand in einer Nut eines Kolbens und/oder einer Stange eine umlaufende Kontaktfläche aufweist, die sich mindestens über 10% der axialen Breite des Dichtrings erstreckt.According to a further development, it is proposed that the sealing lip, when installed in a groove of a piston and/or a rod, has a circumferential contact surface which extends at least over 10% of the axial width of the sealing ring.
Hierdurch wird eine ausreichend große umlaufende Kontaktfläche von der Innenseite des Dichtrings zum Nutgrund der Nut hergestellt, so dass bei einem kleinen oder keinem Differenzdruck eine vollständige Dichtigkeit erreicht werden kann.This creates a sufficiently large circumferential contact surface from the inside of the sealing ring to the bottom of the groove, so that complete tightness can be achieved with little or no differential pressure.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Dichtlippe im Einbauzustand in einer Nut eines Kolbens und/oder einer Stange eine umlaufende Kontaktfläche auf, die sich maximal über 75% der axialen Breite des Dichtrings erstreckt. Dies ermöglicht, dass der höhere Druck der Hochdruckseite auf die Innenfläche des Dichtrings wirken kann und die Dichtlippe mit steigendem Differenzdruck abheben bzw. anheben kann.In an advantageous embodiment, the sealing lip has a peripheral contact surface in the installed state in a groove of a piston and/or a rod, which extends over a maximum of 75% of the axial width of the sealing ring. This allows the higher pressure of the high-pressure side to act on the inner surface of the sealing ring, allowing the sealing lip to lift or lift as the differential pressure increases.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
-
1 einen Dichtring mit Berührungszone auf der Außenfläche und Dichtlippe an der Innenfläche; -
2 Dichtungsanordnung mit eingesetztem Dichtring in einer Nut; -
3 eingesetzter Dichtring ohne radialen Kanal in einer Nut mit radialem Kanal; -
4 einen Dichtring mit Berührungszone auf der Außenfläche und Dichtlippe an der Innenfläche ohne radialen Kanal; und -
5 einen Dichtring mit Berührungszone auf der Außenfläche und Dichtlippe an der Innenfläche.
-
1 a sealing ring with a contact zone on the outer surface and a sealing lip on the inner surface; -
2 Sealing arrangement with inserted sealing ring in a groove; -
3 inserted sealing ring without radial channel in a groove with radial channel; -
4 a sealing ring with a contact zone on the outer surface and a sealing lip on the inner surface without a radial channel; and -
5 a sealing ring with a contact zone on the outer surface and a sealing lip on the inner surface.
In
Der Dichtring 1 ist für die Trennung eines Hochdruckraums 20 von einem Niederdruckraum 21 vorgesehen, dementsprechend weist der Dichtring 1 eine Hochdruckseite 4 auf, welche für die Zuordnung zum Hochdruckraum 20 vorgesehen ist. Eine Niederdruckseite 5 des Dichtrings 1 ist für die Zuordnung zu dem Niederdruckraum 21 vorgesehen. Die Druckdifferenz zwischen Hochdruckraum 20 und Niederdruckraum 21 kann unterschiedliche Werte annehmen. Die Druckdifferenz kann in möglichen Betriebsfällen auch Null sein. Der Dichtring 1 ist an seiner radialen Außenfläche 6 mit der Berührungszone 7 für eine völlige Dichtheit unabhängig von der Druckdifferenz, ggf. unter Bildung eines Schmierfilms bei axialer Verschiebung, vorgesehen.The sealing
Für eine Überströmbarkeit oder auch eine vorgesehene Leckage des Dichtrings 1 bei einer Druckdifferenz oberhalb eines Schwellwerts ist an der radialen Innenfläche 9 eine Dichtlippe 8 vorgesehen, die so angeordnet ist, dass die Dichtlippe 8 mit steigender Druckdifferenz aufgedrückt wird, was der üblichen Verwendung von Dichtlippen widerspricht. Die Innenseite der Dichtlippe 8, welche auch von der radialen Innenfläche 9 des Dichtrings 1 umfasst ist, steht daher mit dem Hochdruckraum 20 in Verbindung. Demgegenüber steht die Außenseite der Dichtlippe 8, welche im Ausführungsbeispiel der
Die radiale Innenfläche 9 des Dichtrings 1 weist, wie in der
Das freie Ende 10 der Dichtlippe 8 weist in diesem Ausführungsbeispiel 4 radiale Spalte 16 auf, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die radialen Spalte 16 dienen dazu bei einem Aufdrücken oder auch Abheben der Dichtlippe 8 bei einer Druckdifferenz oberhalb des vorgesehenen Schwellwerts ein kontrolliertes Überströmen von der Hochdruckseite 20 zu der Niederdruckseite 21 zu ermöglichen. Im druckdichten Zustand sind die radialen Spalte 16 am freien Ende 10 der Dichtlippe 8 axial hinter der umlaufenden Kontaktfläche 17, welche die Abdichtung am Innendurchmesser des Dichtrings 1 zu dem Nutgrund 22 der Nut 2 bildet, siehe
Zur Ableitung des die Dichtlippe 8 überströmenden Mediums aus einer Nut 12, siehe auch
An der radialen Außenfläche 6 steht der Dichtring 1 mit der Berührungszone 7 in einem Dichtkontakt mit dem Gehäuse 3, in dem der Kolben 2 und/oder die Stange 2 entlang der Rotationsachse 19 axial beweglich geführt ist.On the radial
Das Gehäuse 3 kann beispielsweise ein Gehäuse 3 eines Getriebes, insbesondere eines Doppelkupplungsgetriebes, oder ein Gehäuse 3 einer Baugruppe eines Getriebes sein. Grundsätzlich kann das Gehäuse 3 jedes Gehäuse 3 sein gegen das mit dem Dichtring 1 axial beweglich zu einem Kolben 2 und/oder einer Stange 2 abgedichtet werden soll. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Gangstellerkolben eines Doppelkupplungsgetriebes handeln.The
Die Dichtungsanordnung 30 ist grundsätzlich druckdicht bis zum Überschreiten eines durch die Geometrie der Dichtungsanordnung 30 und die Materialeigenschaften des Dichtrings 1 vorbestimmten Schwellwerts der Druckdifferenz. Die druckdichte Abdichtung erfolgt am Außendurchmesser des Dichtrings 1 durch die Berührungszone 7 und am Innendurchmesser durch die umlaufenden Kontaktfläche 17. In einer Dichtungsanordnung 30 bildet eine Dichtkante die Grenze zwischen Hochdruckraum 20 und einer umlaufenden Kontaktfläche 17 des Dichtrings 1 mit dem Nutgrund 22 der Nut 12.The sealing
Bei Überschreiten des Schwellwerts wird die Dichtlippe 8 soweit aufgedrückt, dass die umlaufende Dichtfläche 17 von der Seite der Dichtkante soweit in Richtung der Niederdruckseite 5 verlagert wird, dass die umlaufende Dichtfläche 17 von den radialen Spalten 16 unterbrochen wird. Es erfolgt daher ein Überströmen der Dichtlippe 8, wobei das überströmende Medium über die radialen Kanäle 13 aus der Nut 12 in den Niederdruckraum 21 abgeleitet wird. Der Niederdruckraum 21 und der Hochdruckraum 20 können beispielsweise beide im Inneren eines Getriebes vorgesehen sein.When the threshold value is exceeded, the sealing
In einem Einbauzustand liegt eine Druckdifferenz von Null vor, wobei die Druckdifferenz in einem Betriebszustand von Null abweichen kann. Ein derartiger Einbauzustand ist in den
Wird die Dichtungsanordnung 30 in einem Betriebszustand mit einer Druckdifferenz beaufschlagt, hebt die Dichtlippe 8 zunehmend ab und die Dichtkante verlagert sich mit steigender Druckdifferenz zunehmend in Richtung der Niederdruckseite 5. Dementsprechend wird die umlaufende Kontaktfläche 17 axial immer schmaler bis sie von den radialen Spalten 16 unterbrochen wird und keine geschlossene Dichtkante beim Überströmen mehr vorliegt.If the sealing
Eine hohe Druckdifferenz führt zudem dazu, dass der Dichtring 1 in der Nut 12 axial zur Niederdruckseite 12 gedrückt wird. Der Dichtring 1 weist daher auf der Niederdruckseite 5 eine Anlagefläche 11 auf, über die eine axiale Abstützung des Dichtrings 1 an der Seitenfläche der Nut 12 erfolgt. Die Anlagefläche 11 steht in vorteilhaften Ausführungsbeispielen axial über das freie Ende 10 der Dichtlippe 8 über, so dass das freie Ende 10 nicht in Kontakt zur Seitenfläche der Nut 12 kommt, was die Bewegung der Dichtlippe 8 in unerwünschter Weise hemmen könnte. Die Anlagefläche 11 wird für die Ableitung überströmenden Mediums im Ausführungsbeispiel der
In
Die Dichtlippe 8 weist in vorteilhaften Ausführungsbeispielen eine Länge 26 auf, welche mindestens 20%, beispielsweise mindestens 30%, weiter beispielsweise mindestens 40% der axialen Breite 25 des Dichtrings 1 beträgt.In advantageous exemplary embodiments, the sealing
Die Innenfläche 9 des Dichtrings 1 bildet im nicht eingebauten Zustand einen Kegelabschnitt, welcher seinen größten Durchmesser auf der Hochdruckseite 4 des Dichtrings 1 hat. Der Winkel des Kegelabschnitts der Innenfläche 9 zu einer Zylinderfläche um die Rotationsachse 19 beträgt beispielsweise zwischen 5° und 20°, weiter beispielsweise zwischen 10° und 15°, beispielsweise 13°.In the non-installed state, the
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US6129358A (en) | 1997-12-23 | 2000-10-10 | Caterpillar Inc. | Unidirectional rod sealing ring for a hydraulic cylinder |
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2020
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6129358A (en) | 1997-12-23 | 2000-10-10 | Caterpillar Inc. | Unidirectional rod sealing ring for a hydraulic cylinder |
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