DE112007000383T5

DE112007000383T5 - Robustes Dichtungssystem für Servolenkungs-Eingangswelle

Info

Publication number: DE112007000383T5
Application number: DE112007000383T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Plymouth Kurosawa
Original assignee: SKF USA Inc
Current assignee: SKF USA Inc
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-12-24
Also published as: US20070187902A1; WO2007095436A2; WO2007095436A3; CN101438084B; CN101438084A; US7681888B2

Abstract

Fluiddichtungsanordnung zur Verwendung mit der drehbaren Welle eines Servolenkmechanismus, wobei die Dichtungsanordnung in einem Fluid enthaltenden Gehäuse aufgenommen ist, wobei die Dichtungsanordnung eine erste Hochdruckdichtung enthält, die ein Dichtungsgehäuse und einen elastomeren Dichtungskörper, der kegelstumpfförmige luftseitige und ölseitige Oberflächen enthält, die zur Bildung eines Dichtbands zusammentreffen, eine Tasche, die zumindest teilweise durch einen inneren Abschnitt des Dichtungskörpers und optional eines Abschnitts des Dichtungsgehäuses definiert ist, einen harzartigen Dichtungsstützring, der radial innerhalb der Tasche an der Luftseite davon angeordnet ist, und Mittel zum Halten der ersten Dichtung in dem Fluid enthaltenden Gehäuse aufweist, sowie eine zweite Abstreifdichtung, die einen sich radial erstreckenden, starren Rückgratabschnitt, ein elastisches Element, das einen Presssitz mit der drehbaren Welle aufweist, sowie eine Abstreiflippe, die mit dem starren Rückgrat verbunden ist und mit einem Abschnitt des Fluid enthaltenden Gehäuses eine zweite Abstreifdichtung bildet, enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Dichtungssysteme für Hochdruckdichtungsanwendungen. Insbesondere betrifft sie ein Kompositdichtungssystem, das eine Hochdruckdichtung und eine zusammenwirkende Abstreifdichtung in verschiedenen Formen aufweist, die axiale und/oder radiale Dichtungselement(e) vorsieht. Die Erfindung betrifft auch hydraulische Servolenkungsdrehwellendichtungen, die die Lenkungseingangswellendichtung enthält, aber nicht darauf beschränkt ist, welche einen Stützring aufzeigt, der eine oder mehrere zusätzliche Dichtungs- und Abstreiffunktionen hat. Insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abdichtung, die ein oder mehrere axiale oder radiale Dichtungselemente enthält. Zum Beispiel läuft in einer Anwendung die Abstreiflippe auf einer radialen Oberfläche (d. h. Welle), und in dem anderen Fall läuft die Staublippe auf einer axialen Endoberfläche (d. h. Gehäusefläche).
In dieser und anderen Anwendungen ist die Abstreiflippe extrem wichtig, insbesondere wegen der Unzugänglichkeit der Dichtung für Reparatur- oder Wartungszwecke. Eine oder mehrere axiale und/oder radiale Dichtungslippen können in dem System eingebaut sein, sowie auch eine oder mehrere Fettpackungshohlräume als zusätzliche Schicht, um den Eintritt von Verunreinigungen abzublocken.
Demzufolge ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein robustes Dichtungssystem mit verbesserter Haltbarkeit und Zuverlässigkeit vorzusehen, insbesondere dort, wo extreme Fluiddruckbedingungen und aggressive externe Verunreinigungen vorhanden sind. Dies ist in neuen wettbewerbsfähigen Märkten sehr kritisch, wo die Garantieanforderungen immer strenger werden, insbesondere für kommerzielle Fahrzeuganwendungen, wo eine langfristige Zuverlässigkeit für das Geschäft besonders wichtig ist.
Eine andere Aufgabe ist es, eine Hochdruckdichtung anzugeben, die durch eine Abstreifdichtung unterstützt wird, mit der Lippe in Kontakt mit dem Gehäuse, das unter hohem Druck stehendes Fluid enthält.
Eine andere Aufgabe ist es, ein Fluiddichtungssystem anzugeben, das eine Abstreiflippe oder dgl. enthält, die auf einem Gehäuse zum Halten der Hochdruckdichtung aufliegt.
Eine andere Aufgabe ist es, eine Kompositdichtung anzugeben, die einen Kunststoffstützring enthält, der den Lippenverschleiß begrenzt und für eine verlängerte Lebensdauer unter Bedingungen sorgt, indem der Fluiddruck erhöht ist und abrasive externe Verunreinigungen vorhanden sind, im Vergleich zu der Konstruktion ohne den Stützring.
Eine andere Aufgabe ist es, eine oder mehrere axiale Abstreiflippe(n) vorzusehen, die in der Lage sind, größere Wellenfehlausrichtungen und/oder Durchbiegungen zu tolerieren, im Vergleich mit der radialen Lippenkonstruktion.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung erreicht diese und andere Ziele, einschließlich jenen, die darin inhärent sind, durch das Vorsehen einer Kompositdichtungsanordnung, die eine Hochdruckdichtung mit einem Stützring enthält, sowie eine oder mehrere Hilfsabstreiflippen, die entweder auf der radialen Oberfläche der Welle oder der axialen Oberfläche der Sekundärdichtung oder beiden aufliegt.
Die genaue Art und Weise, mit der diese Erfindung diese und andere Ziele erreicht, wird näher verständich, wenn auf die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungen der Erfindung Bezug genommen wird, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, worin gleiche Bezugszahlen durchgehend entsprechende Teile bezeichnen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine illustrative, etwas schematische Zeichnung, die die Dichtung in ihrer Gesamtumgebung eines Zahnstangen- und Ritzelservolenkgetriebes zeigt;
2 ist eine vertikale Schnittansicht einer Ausführung der Erfindung, die die Primär- und Abstreiflippendichtungselemente davon zeigt;
2A zeigt eine zusätzliche radiale Lippe auf der Primärdichtung; und
3 ist eine vertikale Schnittansicht einer anderen Form der Erfindung, worin die Abstreifdichtung eine axiale Lippe enthält, die auf der Endfläche des unter Druck stehenden Gehäuses läuft.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN DER ERFINDUNG
Während die Erfindung in verschiedenen Formen in Abhängigkeit von der Lenkgetriebekonfiguration und Varianten der beschriebenen Ausführungen in die Praxis umgesetzt werden kann, die dem Fachkundigen ersichtlich werden, werden nachfolgend einige Beispiele der bevorzugten Ausführungen angegeben.
Nun zeigt, in Bezug auf die Zeichnungen im näheren Detail, 1 eine Zahnstangen- und Ritzellenkungsanordnung, allgemein mit 10 bezeichnet. Diese Anordnung ist so gezeigt, dass sie einen oberen Lenkeingangsabschnitt enthält, allgemein mit 12 bezeichnet, einen unteren Ritzelgetriebeabschnitt 14 sowie einen Zahnstangengetriebeabschnitt 15, der mit dem Ritzelgetriebeabschnitt 14 in Eingriff steht. Der obere Abschnitt 12 wird innerhalb eines Fluid enthaltenden Ventilgehäuses 16 gehalten, das Endabschnitte 18 und 20 aufweist, die untere (d. h. Ritzelwelle-) und obere (d. h. Eingangswellen-)Anordnungen enthalten, allegmein mit 22 bzw. 24 bezeichnet.
Die Dichtungsanordnung 24 ist ein wichtiger Teil der Erfindung und ist dazu ausgelegt, unter Druck stehendes Fluid abzudichten, während verschiedene Arten von Spänen, Schmutz oder Staub in trockener oder flüssiger Form ausschließt, die sich in der Umgebung befinden. Dieser obere Abschnitt ist zur Wartung und zum Service sehr unzugänglich, und unterliegt dennoch Verunreinigung, wobei die Verunreinigungen sich über eine längere Zeitdauer ansammeln können und die Funktion und Lebensdauer beeinträchtigen können.
Nun ist in Bezug auf 2 eine Ausführung der Dichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche einen Lenkeingangsabschnitt 13 in dem Gehäuse 16 enthält. Die obere Dichtungsanordnung, allgemein mit 24 bezeichnet, enthält eine Hochdruckdichtung, allgemein mit 26 bezeichnet, sowie eine Abstreifdichtung, allgemein mit 28 bezeichnet. Die Hochdruckdichtungsanordnung 26 enthält ein Dichtungsgehäuse mit einem axialen Flansch 30, einen radialen Flansch 32 sowie einen versetzten sich radial erstreckenden inneren Flansch 34, der den radial innersten Abschnitt des radialen Flansches 32 bildet.
Der versetzte Flansch 34 definiert teilweise eine Tasche 36, in Kombination mit einer inneren Gummioberfläche 38 auf dem Dichtungskörperinneren 40, für den Versteifungs- oder Stützring 42. Der Dichtungskörper 40 enthält auch einen sich axial erstreckenden radial inneren Abschnitt 43, und einen Gummi-Außendurchmesser-Sekundärdichtungsabschnitt 44. Der Dichtungskörper 40 hat einen flexiblen Halsabschnitt 45 und hat eine Nut 46 zur Aufnahme einer Ringschraubenfeder 48. Der Dichtungskörper 40 enthält eine kegelstumpfförmige luftseitige Oberfläche 50 und eine kegelstumpfförmige ölseitige Oberfläche 52, die sich entlang einer allgemein kreisförmigen Bahn treffen, um ein sich über den Umfang erstreckendes Dichtungsband 54 um die drehbare Welle 12 herum zu definieren. Optional kann die Luftseite 50 eine oder mehrere konzentrische Wulstanordnungen 56 enthalten, um die Dichtungsleistung zu verbessern und die Lebensdauer zu verlängern.
Ein Kunststoffversteifungs- oder -stützring 42 enthält eine radial innere, sich axial erstreckende Oberfläche 58, eine radial äußere, sich axial erstreckende Oberfläche 60 und eine schräge Fläche 62, die so ausgestaltet ist, dass sie mit der geformten Tasche 36 zusammenwirkt. Das Gehäuse 16 enthält eine Umfangsnut 64 zur Aufnahme eines Schnapprings 66, der dazu dient, eine Verlagerung oder ein Heraustreten der Dichtung zu vermeiden, auch beim Vorhandensein eines extrem hohen Drucks an der Innen- oder Ölseite (links in 2) der Dichtung 26. Für diesen Zweck steht der Schnappring 66 mit dem radialen Flansch 32 durch Hochdruckdichtung 26 in Wechselwirkung. Der versetzte Flansch 34 enthält eine Wischlippe 68, die sich axial von dem radial innersten Abschnitt des Flansches 34 wegerstreckt.
Der andere Abschnitt der Abstreifdichtungsanordnung, allgemein mit 28 bezeichnet, enthält einen sich axial erstreckenden radial inneren Flansch 70 mit einer Gummioberfläche 32 zu dessen Abdeckung, einen sich radial erstreckenden Flansch 74 und eine radial äußere Gummifläche 76, die in einer axial gewinkelten, sich radial erstreckenden Lippe 78 endet, die auf einer sich axial erstreckenden Innenbohrungsoberfläche 80 des Gehäuses aufliegt. Somit enthält die Konstruktion sowohl eine sich axial erstreckende Lippe 78, die auf einer sich radial erstreckenden Oberfläche 74 aufliegt, und eine sich radial erstreckende Lippe 78, die auf der Bohrungsoberfläche 80 abdichtet, die beide zusammenwirken, um die Hochdruckdichtung 26 vor Verunreinigungen zu schützen.
In dieser Ausführung ist der Zwischenraum 85 zwischen den Dichtungen 26 und 28 mit Fett gefüllt, das Partikel auffangen kann und den Eintritt von weiteren Verunreinigungen zu verhindern, während die Abstreiflippen geschmiert werden, um Trockenverschleiß, Reibung und potenzielles Geräusch zu minimieren.
2A zeigt eine alternative Konstruktion, worin der innerste Flansch 34a eine axiale Staublippe 68a enthält, die auf dem Flansch 74a aufliegt, und eine zusätzliche radiale Dichtlippe 69a, die auf der Welle 12a aufliegt. Die Positionen der Flansche 70a, 74a und des Gummis 76a sind die gleiche wie in 2.
Eine andere Ausführung der Erfindung, mit etwas unterschiedlichen Merkmalen, ist in 3 gezeigt. Nun ist in Bezug auf 3 ein Lenkeingangsabschnitt 112 gezeigt, der innerhalb eines Gehäuses 116 angeordnet ist. Die Dichtungsanordnung 124 enthält eine Hochdruckdichtung, allgemein mit 126 bezeichnet, und eine Abstreif- oder Abstreifdichtung, allgemein mit 128 bezeichnet. Die Hochdruckdichtung 126 enthält eine Dichtung, die den radialen Flansch 130 umschließt. Dieser Flansch kann, braucht aber nicht, zusätzliche Oberflächen oder Flansche aufweisen. Dort gibt es eine gewinkelte Gummioberfläche 138, die teilweise die Tasche 136 definiert, in der der Stützring (manchmal auch als Versteifung bezeichnet) angeordnet ist. Der Dichtungskörper 140 enthält eine sich axial erstreckende Gummi-Außendurchmesseroberfläche 144, die in das Gehäuse 116 eingreift. Der Außenendflächenabschnitt 133 des Dichtungskörpers ist mit dem Gehäuse 130 der Dichtung verbunden oder verklebt, und der untere Abschnitt 131 des Gehäuses 130 bildet einen Abschnitt der Tasche 136 für den Stützring 142.
Das Gehäuse 116 enthält eine Nut 164 zur Aufnahme eines Schnapprings 166, der dazu dient, eine axiale Verlagerung oder ein Herausdrücken des Dichtungselements 126 unter hohem Druck zu vermeiden. Der Dichtungskörper 140 enthält öl- und luftseitige kegelstumpfförmige Oberflächen 152 und 154, die sich entlang einer allgemein umfangsmäßigen Bahn treffen, um eine Dichtungslippe oder Dichtungsband 156 zu definieren.
Optional kann der luftseitige Abschnitt 154 der Dichtungsoberfläche ein oder mehrere konzentrische Wulstelemente 158 darin enthalten, um die Dichtungsleistung zu verbessern und die Dichtungslebensdauer zu verlängern.
Nun in Bezug auf die andere Komponente der Dichtungsanordnung, so enthält diese Ausführung ein Gehäuse, allgemein mit 170 bezeichnet, das einen äußersten sich radial erstreckenden Abschnitt 172 enthält, und einen (zum Fluid hin) einwärts weisenden Versatzabschnitt 174, einen zweiten sich radial erstreckenden Abschnitt 176 und schließlich, ganz unten, einen axial einwärts weisenden Abschnitt 178. Dieser Dichtungsabschnitt enthält einen radial innersten, sich axial erstreckenden Gummiabschnitt 180, der so dimensioniert ist, dass er in enger Dichtungsbeziehung mit dem drehbaren Lenksäulenabschnitt 112 steht.
Zusätzlich ist mit dem radial äußersten Abschnitt 172 des Metallflansches eine Wischlippe 182 verbunden oder verklebt, die innere und äußere radiale Oberflächen 184, 186 aufweist, deren Oberfläche 184 zum Kontakt mit einem Teil des Endflächenabschnitts 188 des Gehäuses 116 ausgestaltet ist. Die Konfiguration dieser Lippe ist so, dass sie einen vorhergesagten axialen Spielaufbau der Welle 112 in Bezug auf das Gehäuse 116 toleriert.
Der Zwischenraum 185 zwischen den Dichtungselementen 126 und 128 ist mit Fett gefüllt, das Partikel auffangen kann und weiter einen Eintritt von Verunreinigungen verhindert, während die Abstreiflippen geschmiert werden, um Trockenverschleiß, Reibung und potenzielles Geräusch zu minimieren.
Dem Fachkundigen werden bestimmte Varianten der offenbarten Ausführungen ersichtlich werden. Zum Beispiel sind zwei Formen des Gehäuses offenbart. In einer Variante ist der axiale Flansch so gezeigt, dass er vorhanden, aber kann in dieser Ausführung auch fehlen. Ähnlich kann der Versatz des radialen Flansches, der in der einen Version vorhanden ist, bei dieser Version fehlen, kann aber auch in der anderen Version vorhanden sein. Es ist eine Ringschraubenfeder gezeigt, aber es ist denkbar, dass diese auch eine andere Form einnehmen könnte, oder vollständig fehlen könnte. Die Richtung, in der sich der Flansch auf der Wischlippe erstreckt, ist in zwei bevorzugten Versionen gezeigt, kann aber in einigen Fällen auch umgekehrt sein. Die exakte Form der Wischlippen unterliegt auch Varianten, es ist auch eine zweite oder dritte Lippe denkbar.
Es wird somit ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine neuartige Lösung für bestimmte Dichtungsprobleme bietet und diese und andere Probleme überwindet, indem Dichtungen bereitgestellt werden, die eine Anzahl von Vorrteilen und Charakteristiken haben, einschließlich jenen, die herausgestellt worden sind, und anderen, die in der Erfindung inhärent sind.
Zusammenfassung
Dichtungssystem zum Abdichten von hohem Flüssigkeitsdruck, das eine Wischlippe in einer von zwei Formen enthält. Die Niedrigdruckdichtung enthält ein Dichtungsgehäuse, einen Dichtungskörper, enthaltend eine Lippendichtung, einen Schnappring und einen Kunststoffstützring, und die Wischlippe dichtet an einer radialen oder axialen Oberfläche ab. Das Gehäuse kann radiale und axiale Flansche oder nur einen radialen Flansch aufweisen. Der Zwischenraum zwischen den zwei Dichtungen kann mit Fett gefüllt sein.

Claims

Fluiddichtungsanordnung zur Verwendung mit der drehbaren Welle eines Servolenkmechanismus, wobei die Dichtungsanordnung in einem Fluid enthaltenden Gehäuse aufgenommen ist, wobei die Dichtungsanordnung eine erste Hochdruckdichtung enthält, die ein Dichtungsgehäuse und einen elastomeren Dichtungskörper, der kegelstumpfförmige luftseitige und ölseitige Oberflächen enthält, die zur Bildung eines Dichtbands zusammentreffen, eine Tasche, die zumindest teilweise durch einen inneren Abschnitt des Dichtungskörpers und optional eines Abschnitts des Dichtungsgehäuses definiert ist, einen harzartigen Dichtungsstützring, der radial innerhalb der Tasche an der Luftseite davon angeordnet ist, und Mittel zum Halten der ersten Dichtung in dem Fluid enthaltenden Gehäuse aufweist, sowie eine zweite Abstreifdichtung, die einen sich radial erstreckenden, starren Rückgratabschnitt, ein elastisches Element, das einen Presssitz mit der drehbaren Welle aufweist, sowie eine Abstreiflippe, die mit dem starren Rückgrat verbunden ist und mit einem Abschnitt des Fluid enthaltenden Gehäuses eine zweite Abstreifdichtung bildet, enthält.
Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 1, worin das Mittel zum Halten der ersten Dichtung in dem Gehäuse eine Schnappringnut und einen darin angeordneten Schnappring aufweist.
Fluiddichtungsanordnung nach Anspruch 1, worin das Dichtungsgehäuse einen axialen Flansch und einen radialen Flansch aufweist, wobei auf dem axialen Flansch eine Gummiabdeckung vorgesehen ist, wobei die Gummiabdeckung einen fluiddichten Eingriff mit dem Gehäuse bildet.
Fluiddichtungsanordnung nach Anspruch 1, worin der in der Tasche definierte Abschnitt des Dichtungsgehäuses auch eine sich axial erstreckende Lippe enthält, die auf dem Rückgratabschnitt aufliegt.
Fluiddichtungsanordnung nach Anspruch 1, worin ein Hohlraum zwischen dem Rückgrat und dem Dichtungsgehäuse vorhanden ist, wobei der Hohlraum mit Fett gefüllt ist.
Fluiddichtungsanordnung nach Anspruch 1, worin das Dichtungsgehäuse einen radial innersten Abschnitt enthält, wobei der innerste Abschnitt von dem Rest des Dichtungsgehäuses zu dem Rückgrat hin axial versetzt ist.
Fluiddichtungsanordnung zum Anbringen zwischen einem Fluid enthaltenden Gehäuse und einer drehbaren Welle, die Teil einer Hochdruckumgebung bildet, wobei die Fluiddichtungsanordnung in Kombination eine Hochdruckdichtung und eine Abstreiflippe aufweist, wobei die Abstreiflippe einen Rückgratabschnitt in Dichtungsbeziehung zu der drehbaren Welle und einen Abstreiflippenabschnitt aufweist, wobei die Hochdruckdichtung ein Dichtungsgehäuseelement aufweist, das einen axialen Flansch mit einer radialen Innenoberfläche und einen radialen Flansch mit einem radial innersten Abschnitt aufweist, einen Schnappring, der das Gehäuse gegen Herausdrücken aus dem Gehäuse hält, wobei die Hochdruckdichtung ein Gummiprimärlippenelement aufweist, das einen Abschnitt enthält, der mit der radial inneren Oberfläche des axialen Flansches und mit einer Fläche des radialen Flansches davon verbunden ist, einen Lippenkörperabschnitt und einen biegsamen Halsabschnitt, der den Lippenkörperabschnitt mit dem verbundenen Abschnitt verbindet, wobei der Lippenkörperabschnitt luft- und ölseitige kegelstumpfförmige Oberflächen, die sich entlang einem beabsichtigten Kontaktweg zur Bildung eines Dichtbandes mit einer zugeordneten Welle treffen, einen Taschenabschnitt, der zwischen dem Lippenkörperabschnitt und dem innersten Abschnitt des radialen Flansches liegt, sowie einen Kunstharzstützring in dem Taschenabschnitt enthält, wobei der radiale Flansch des Dichtungsgehäuses auf seiner radial innersten axialen Außenoberfläche eine axiale Lippe zum Eingriff mit dem Rückgrat enthält, und die Abstreiflippe mit dem Fluid enthaltenden Gehäuse in Eingriff steht.
Fluiddichtungsanordnung nach Anspruch 7, worin die Abstreiflippe eine axiale Oberfläche an dem Fluid enthaltenden Gehäuse kontaktiert.
Fluiddichtungsanordnung nach Anspruch 7, worin die Abstreiflippe eine radiale Endoberfläche an dem Fluid enthaltenden Gehäuse kontaktiert.