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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft Dichtungen für Hubkolbenelemente
und insbesondere eine Dichtungsanordnung zum Abdichten an einem
Hubkolbenpleuel.
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HINTERGRUND
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Die
Beschreibung in diesem Abschnitt vermittelt lediglich Hintergrundinformationen
zur vorliegenden Offenbarung und stellt nicht unbedingt den Stand
der Technik dar.
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Verschiedene
Arten von Maschinen verwenden hydraulische Zylinder-und-Kolben-Anordnungen zum
Verrichten von Arbeit. Der Kolben ist in der Regel mit einem Hubkolbenpleuel
verbunden, das sich außerhalb des Hydraulikzylinders erstreckt.
Das Hubkolbenpleuel muss am Zylindergehäuse abgedichtet
werden, damit das Hydraulikfluid in dem Hydraulikzylinder verbleibt
und das Eindringen von Schmutz in das Hydrauliksystem verhindert
wird.
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Beispielhafte
Dichtungssysteme zum Abdichten eines Hubkolbenpleuels eines Hydrauliksystems
sind in den
US-Patenten Nr. 5,088,745 ;
6,116,613 ;
6,609,716 ;
6,626,437 und
6,896,296 offenbart. In diesen beispielhaften
Systemen sind in der Regel eine Pufferdichtung, eine Pleueldichtung und
Abstreifdichtung zum Abdichten des Hubkolbenpleuels vorhanden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Offenbarung stellt Verbesserungen an den Dichtungskomponenten
eines Dichtungssystems bereit, die dazu dienen zu verhindern, dass
Fluid durch die Öffnung zwischen dem Pleuel und dem Gehäuse
eines Hubkolbenhydraulikzylinders entweicht. Insbesondere enthält
eine Pufferdichtung zum Abdichten eines Hubkolbenpleuels einen ringförmigen
Dichtungskörper mit einer Dichtungslippe, die sich radial
einwärts und axial von dem Dichtungskörper erstreckt,
und eine statische Lippe, die sich radial auswärts und
axial von dem Dichtungskörper erstreckt. Die statische
Lippe hat einen Scharnierabschnitt zum Anbringen an dem Dichtungskörper,
der relativ zu einer Dichtkante der statischen Lippe axial beabstandet
ist. Die Dichtkante der statischen Dichtung ist radial auswärts
von der Dichtungslippe angeordnet. Der Scharnierabschnitt der statischen
Lippe ermöglicht eine Druckentlastung, wenn das Pleuel
zurückgezogen wird (zur Druckseite des Systems zurück
bewegt wird), wodurch ein Druckaufbau zwischen der Pleueldichtung
und der Pufferdichtung minimiert wird. In dem axialen Stirnflächenabschnitt
der dynamischen Dichtungslippe sind radial verlaufende Aussparungen
ausgebildet. Die Aussparungen verhindern ein Anhaften der Dichtung an
der radialen Wand der Nut – durch die Adhäsionsarbeit
als eine Komponente der Oberflächenspannung –,
in der die Pufferdichtung sitzt, und bilden einen Pfad für
den Rücklauf von Fluid, wodurch sie zu einem Teil des Entlüftungssystems
werden, das zum Erhöhen eines Druckaufbaus zwischen der
Pufferdichtung und der Pleueldichtung verwendet wird. Der Stützring
ist ein integrierter Teil der Pufferdichtung, der für eine
bessere Festigkeit gegen eine Extrusion (in einen Spalt, der zwischen
dem Pleuel und dem Gehäuse gebildet wird) sorgt, als das
Material, das zur Herstellung des Hauptkörpers der Dichtung
verwendet wird, es könnte.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine
Pleueldichtung zum Abdichten eines Hubkolbenpleuels einen elastomeren
ringförmigen Dichtungskörper mit einer dynamischen
Dichtungslippe, die sich in einem Winkel radial einwärts
und axial von dem Dichtungskörper erstreckt, und einer
statischen Lippe, die sich in einem Winkel radial auswärts
und axial von dem Dichtungskörper erstreckt. Eine ringförmige
Aussparung ist radial zwischen der dynamischen Dichtungslippe und der
statischen Lippe definiert. In einem axialen Stirnflächenabschnitt
der dynamischen Dichtungslippe und der statischen Lippe sind jeweils
radial verlaufende Aussparungen ausgebildet. Die Aussparungen verhindern
ein Anhaften der Dichtung an den radialen Wänden der Nut – durch
die Adhäsionsarbeit als eine Komponente der Oberflächenspannung –,
in der die Pleueldichtung sitzt, und bilden einen Pfad für
den Rücklauf von Fluid in das System, wodurch sie zu einem
Teil des Entlüftungssystems werden, das zum Entlasten eines
Druckaufbaus zwischen der Abstreifdichtung und der Pleueldichtung
dient. Die dynamische Dichtungslippe und die statische Lippe sind
relativ zu der ringförmigen Aussparung allgemein symmetrisch.
Der Stützring ist ein integrierter Teil der Pleueldichtung,
der für eine bessere Festigkeit gegen eine Extrusion (in
einen Spalt, der zwischen dem Pleuel und dem Gehäuse gebildet
wird) sorgt, als das Material, das zur Herstellung des Hauptkörpers
der Dichtung verwendet wird, es könnte.
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Weitere
Anwendungsbereiche werden aus der Beschreibung im vorliegenden Dokument
ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die konkreten
Bespiele lediglich Veranschaulichungszwecken dienen und nicht den
Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung einschränken
sollen.
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ZEICHNUNGEN
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Die
im vorliegenden Dokument beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich
Veranschaulichungszwecken und sollen den Geltungsbereich der vorliegenden
Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist
eine teilweise quergeschnittene Ansicht eines Abdichtungssystems
für eine hydraulische Komponente gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist
eine teilweise quergeschnittene Ansicht einer Pufferdichtung gemäß Prinzipien
der vorliegenden Offenbarung;
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3 ist
eine teilweise quergeschnittene Ansicht der Pleueldichtung gemäß den
Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
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4 ist
eine teilweise quergeschnittene Ansicht einer Abstreifdichtung gemäß den
Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll weder
die vorliegende Offenbarung noch ihre Anwendung oder Verwendungszwecke
einschränken. Es versteht sich, dass in allen Zeichnungen
entsprechende Bezugszahlen gleiche oder entsprechende Teile und
Merkmale bezeichnen.
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Es
wird nun unter Bezug auf die 1–4 ein
Abdichtungssystem (1) für eine hydraulische
Komponente beschrieben. Das Abdichtungssystem enthält eine
Pufferdichtung 12, eine Pleueldichtung 14 und
eine Abstreifdichtung 16, die jede in einer jeweiligen rückspringenden
Ringnut 18, 20 bzw. 22 aufgenommen sind,
die in einem Gehäuse oder einer sonstigen Stützstruktur
ausgebildet sind. Die Pufferdichtung 12, die Pleueldichtung 14 und
die Abstreifdichtung 16 sind jeweils dafür ausgelegt,
einen Hubkolbenpleuel 24 oder ein sonstiges Element eines
Hydrauliksystems in Eingriff zu nehmen.
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Wenden
wir uns speziell 2 zu. Die Pufferdichtung 12 dichtet
das Hubkolbenpleuel 24 ab und enthält einen ringförmigen
Dichtungskörper 30 mit einer dynamischen Dichtungslippe 32,
die sich radial einwärts und axial von dem Dichtungskörper 30 erstreckt.
Eine statische Lippe 34 erstreckt sich radial auswärts
und axial von dem Dichtungskörper 30. Der Dichtungskörper 30,
die dynamische Dichtungslippe 32 und die statische Lippe 34 sind
vorzugsweise integral aus einem Urethanmaterial gebildet. Die statische
Lippe 34 hat einen Scharnierabschnitt 36 zum Anbringen
an dem Dichtungskörper 30, der relativ zu einer
Dichtkante 38 der statischen Lippe 34 axial beabstandet
ist. Die Dichtkante 38 der statischen Lippe 34 ist
radial auswärts von der Dichtungslippe 32 angeordnet.
Der Scharnierabschnitt 36 der statischen Lippe 34 ermöglicht
einen Fluidfluss um die Außenseite der Dichtung herum,
wodurch eine Druckentlastung stattfindet, wenn das Pleuel 24 zurückgezogen wird
(zur Druckseite des Systems 40 zurückbewegt wird),
wodurch der Druckaufbau zwischen der Pleueldichtung 14 und
der Pufferdichtung 12 minimiert wird. In dem axialen Stirnflächenabschnitt 32A der dynamischen
Dichtungslippe 32 sind eine oder mehrere radial verlaufende
Aussparungen 41 enthalten. Die Aussparungen verhindern
ein Anhaften der Dichtungsfläche 32A an der benachbarten
radialen Wand der Nut 18 – durch die Adhäsionsarbeit
als eine Komponente der Oberflächenspannung –,
in der die Pufferdichtung 30 sitzt, und bildet einen beständigen Pfad
für das Fluid, um die ringförmige Aussparung 43 während
der Ausdehnungsphase (in Richtung der Luftseite von 1),
die für die Funktion der dynamischen Lippe 32 notwendig ist,
mit Energie (Druck) zu beaufschlagen. Die radialen Aussparungen
gestatten eine Entlastung des Drucks, der an der statischen Lippe 38 vorbei
entweicht, wenn das Pleuel 24 zurückgezogen wird
(zur Druckseite des Systems 40 zurückbewegt wird).
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Ein
Stützring 42 ist radial einwärts von
dem Dichtungskörper 30 und axial neben der dynamischen
Dichtungslippe 32 angeordnet. Der Stützring 42 ist
in einer radial auswärts ausgesparten Tasche 26 des
Dichtungskörpers 30 angeordnet, wodurch er zu
einem integrierten Teil der Dichtung wird. Der Stützring 42 besteht
normalerweise aus einem Material, das eine verbesserte Extrusionsbeständigkeit gegenüber
dem Material des Dichtungskörpers 30 aufweist,
so dass eine überragende Festigkeit gegen eine Extrusion
des Materials in den Spalt, der zwischen dem Pleuel 24 und
dem Gehäuse gebildet wird, gegeben ist.
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Zwischen
der dynamischen Dichtungslippe 32 und der statischen Lippe 34 wird
ein ringförmiger Kanal 43 definiert. Die dynamische
Dichtungslippe 32 kann sich axial weiter erstrecken als
die statische Dichtungslippe 34, wie in 2 gezeigt.
Der Dichtungskörper 30 hat eine axiale Dicke t1,
und die statische Dichtungslippe 34 hat eine Länge
t2, die größer ist als die axiale Dicke t1 des
Dichtungskörpers 30. Die Distanz t2 definiert
auch allgemein eine Tiefe des ringförmigen Kanals 43.
Die dynamische Dichtungslippe 32 hat eine axiale Länge
t3, die größer ist als die axiale Dicke t1 des
Dichtungskörpers 30. Die Dichtungslippe 32 enthält
einen scharfkantigen Abschnitt 44, der dafür ausgelegt
ist, das Hubkolbenpleuel 24 in Eingriff zu nehmen.
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Wenden
wir uns speziell 3 zu. Die Pleueldichtung 14 dichtet
das Hubkolbenpleuel 24 ab und enthält einen elastomeren
ringförmigen Dichtungskörper 50 mit einer
dynamischen Dichtungslippe 52, die sich in einem Winkel
radial einwärts und axial von dem Dichtungskörper 50 erstreckt,
und einer statischen Lippe 54, die sich in einem Winkel
radial auswärts und axial von dem Dichtungskörper 50 erstreckt.
Eine Ringnut 56 ist radial zwischen der dynamischen Dichtungslippe 52 und
der statischen Lippe 54 definiert. In einem axialen Stirnflächenabschnitt 52A der
dynamischen Dichtungslippe 52 und einem axialen Stirnflächenabschnitt 54A der
statischen Lippe 54 sind jeweils eine oder mehrere radial
verlaufende Aussparungen 58 ausgebildet. Die Aussparungen 58 verhindern
ein Anhaften der Dichtung – durch die Adhäsionsarbeit
als eine Komponente der Oberflächenspannung – an
den axialen Wänden der Nut 20, in der die Pleueldichtung
sitzt, und bilden einen beständigen Pfad für das
Fluid, um die Ringnut 56 während der Ausdehnungsphase
(Bewegung des Pleuels 24 in Richtung der Luftseite in 1),
die für die Funktion der dynamischen Lippe 52 und
der statischen Lippe 54 notwendig ist, mit Energie (Druck)
zu beaufschlagen. Es ermöglicht auch eine Entlastung des
Drucks, der an der statischen Lippe 54 vorbei entweichen
kann, wenn sich zwischen der Abstreifdichtung 16 und der
Pleueldichtung 14 Druck aufbaut, wenn das Pleuel zurückgezogen
wird (Bewegung des Pleuels 24 in Richtung der Druckseite
des Systems 40), wie in 1 veranschaulicht.
Die dynamische Dichtungslippe 52 und die statische Lippe 54, wie
gezeigt, können relativ zu der Ringnut 56 allgemein
symmetrisch sein. Die symmetrische Anordnung unterstützt
die Minimierung einer Verdrehung der Pleueldichtung 14 in
der axialen Richtung, da die symmetrische Anordnung die Tendenz
hat, sich in der rückspringenden Ringnut 20 zu
zentrieren.
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Ein
Stützring 60 ist in einer radial auswärts ausgesparten
Tasche 62 des Dichtungskörpers 50 angeordnet.
Der Stützring 60 hat eine radial innere Fläche 64,
die relativ zu einer Achse A des Dichtungskörpers 50 gewinkelt
ist. Der Stützring 60 besteht normalerweise aus
einem Material, das eine verbesserte Extrusionsbeständigkeit
gegenüber dem Material des Dichtungskörpers 50 aufweist,
so dass eine überragende Festigkeit gegen eine Extrusion des
Materials in den Spalt, der zwischen dem Pleuel 24 und
dem Gehäuse gebildet wird, gegeben ist.
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Wenden
wir uns 4 zu. Die Abstreifdichtung 16 enthält
einen ringförmigen Dichtungskörper 70 mit
zwei dynamischen Dichtungslippen (72 und 78).
Die einwärts weisende Dichtungslippe 72 erstreckt
sich axial und radial in Richtung der Druckseite des Systems (1)
zur Eingriffnahme des Pleuels 24. Die Dichtungslippe 72 enthält
eine scharfe Kontaktkante 74, die das Pleuel 24 in
Eingriff nimmt. Entlang der Dichtungslippe 72 erstrecken
sich ein oder mehrere Entlüftungsdurchgänge 76.
Die Entlüftungsdurchgänge 76 verhindern
einen Druckaufbau zwischen der Kontaktkante 74 und der
Abstreifkante 80. Die Entlüftungsdurchgänge 76 verhindern
auch einen Druckaufbau zwischen der Pleueldichtung 14 und
der Abstreifdichtung 16. Die auswärts weisende Abstreiflippe 78 erstreckt
sich in einem Winkel axial und radial zur Eingriffnahme des Pleuels 24 und
erstreckt sich axial in einer Richtung, die der Dichtungslippe 72 entgegengesetzt
ist. Die Abstreiflippe 78 hat einen Kontaktabschnitt 80,
der das Pleuel 24 in Eingriff nimmt und verhindert, dass
Verunreinigungen durch Kratzwirkung in das System eindringen, der aber
auch das Wiedereintreten eines dünnen Schmierfilms während
des Rückzugshubes des Pleuels 24 ermöglicht.
Eine Metallumhüllung 82 umgibt den Dichtungskörper 70 und
bildet beim Hineinpressen in das Gehäuse 22 eine
kraftschlüssige Außendurchmesserdichtung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Abdichtungssystem für einen Hubkolbenzylinder enthält
eine Pufferdichtung, eine Pleueldichtung und eine Abstreifdichtung.
Die Pufferdichtung enthält eine dynamische Dichtungslippe
und eine statische Lippe, die sich von einem Scharnierabschnitt
erstreckt. Der Scharnierabschnitt der statischen Lippe erlaubt es
Fluid, am Außendurchmesser der Dichtung vorbei zu entweichen,
wenn das Pleuel zurückgezogen wird, wodurch aufgebauter
Druck zwischen der Pleueldichtung und der Pufferdichtung abgelassen
wird. In dem axialen Stirnflächenabschnitt der dynamischen
Dichtungslippe sind axial verlaufende Aussparungen ausgebildet.
Die Aussparungen verhindern ein Anhaften der Pufferdichtung an der
axialen Wand der Nut und bilden einen beständigen Pfad
für das Fluid, um die ringförmige Aussparung zwischen
der statischen und der dynamischen Lippe während der Ausdehnungsphase,
die für die Funktion der Dichtung notwendig ist, mit Energie
zu beaufschlagen. Der Stützring ist ein integrierter Teil
der Pufferdichtung, der für eine überragende Extrusionsbeständigkeit
sorgt. Die Pleueldichtung enthält einen ringförmigen
Dichtungskörper mit einer dynamischen Dichtungslippe, die
sich in einem Winkel radial einwärts und axial von dem
Dichtungskörper erstreckt, und eine statische Lippe, die
sich in einem Winkel radial auswärts und axial von dem
Dichtungskörper erstreckt. In dem axialen Stirnflächenabschnitt
der dynamischen Dichtungslippe und der statischen Lippe sind jeweils
radial verlaufende Aussparungen ausgebildet. Die Aussparungen verhindern ein
Anhaften der Dichtung an den axialen Wänden der Nut, in
der die Pleueldichtung sitzt, und bilden einen beständigen
Pfad für das Fluid, um die ringförmige Aussparung,
die durch die statische und die dynamische Lippe gebildet wird,
während der Ausdehnungsphase mit Energie zu beaufschlagen.
Der Stützring ist ein integrierter Teil der Pleueldichtung, der
für eine überragende Extrusionsbeständigkeit sorgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5088745 [0004]
- - US 6116613 [0004]
- - US 6609716 [0004]
- - US 6626437 [0004]
- - US 6896296 [0004]