-
"Abschlußdeekel f Ur -Zylinder mit dichter KolbenstanZendurchfUhrung,
insbesondere für hydropneumatische Stoßdämpfer"
Die Erfindung bezieht
sich auf einen Abschlußdeckel für Zylinder mit dichter Kolbenstangendurchführung,
insbesondere für hydropneumatische Stoßdämpfer, mit einer zwischen einer Innenplatte
und einem äußeren, die Kolbenstangenführung gewährleistenden Abschlußstück angeordneten,
ringförmigen Dichtungsscheibe aus elastischem Werkstoff, die mit ihrem Außenumfang
an der Zylinderinnenwandung abdichtend anliegt und mit ihrem Innenumfang einesteils
über eine schmale Dichtungslippe am Kolbenstangenumfang abdichtend anliegt und andernteils
an einem gleichfalls die Kolbenstange umgebenden, aus weniger-elastischem Werkstoff
als die Dichtungsscheibe bestehenden Ring abgestützt ist.
-
Bei den bekannten Kolbenstangenabdicht urigen obiger Art, vor allem
bei Fahrzeugstoßdämpfern, hat. sich der Anpreßdruck der Dichtungsscheibe an der
Kolbenstange und die dadurch hervorgerufene Reibung als besonders problematisch
4e'rwis..,;r hier einerseits gegen erhebliche Zylinderinnendrücke von 20 bis 30
und mehr atü abzudichten ist und
andererseits solche Stoßdämpfer
sehr großen, durch den rauhen Fahrbetrieb bedingten Beanspruchungen ausgesetzt-sind,
zu denen noch die durch die jeweiligen -Fährstöße hervorgerufenen, zum Teil mit
sehr hohen Frequenzen erfolgenden Ein- und Aus -ßahrbewegungen der Kolbenstange
und ihre dadurch bedingten Abdichtungsschwierigkeiten treten. So wünschenswert es
einerseits erscheint, zur Erzielung einer sicheren Abdichtung einen hohen Anpreßdruck
des Dichtungsringes an der Kolbenstange zu erreichen, so bedenklich ist andererseits
ein hoher Anpreßdruck im Hinblick aufdLe entstehende Reibungswärme,_die.von-der
in ständiger Bewegung befindlichen Kolbenstange in Verbindung mit den Lichtlippen
des Dichtungsringes erzeugt wird:.
-
Bei einer bekannten Vorrichtung obiger Art besteht -die Abdichtung
aus einer äußeren Scheibe, die mit einem Stützflansch versehen ist:, einer Dichtungsscheibe
aus flexiblem und elastischem Material, die mit ihrer Dichtlippe am Kolbenstangenumfang
anliegt, sowie aus einer inneren Scheibe, die mit ihrem Außenumfang an einem im
Zylinderinneren gelegenen Vorsprung anliegt. Alle drei acheiben werden im eingebauten
Zustand von einer in den Zylinder zu schraubenden Mutter gegen den vorerwähnten
Vorsprung im Preßsitz gehalten. Die beiden äußeren, aus ivIetall bestehenden Scheiben
besitz'en`@-an ihrer der Kunststoffscheibe zugewandten leite konische bzw. Kegelförmige
Ausnehmungen, in deren Bereich die Dichtungslippe der aus flexiblem und elastischen
Material bestehenden Dichtungsscheibe infolge der zwischen ihr und dem golbenstangenumfang
entstehenden Reibungskräfte gleichsam einem Flatterventil in axialer Richtung der
Kolbenstangenbewegung
freibeweglich oszillieren kann. Im Betriebszustand
stützt sich dabei die aus Kunststoff bestehende Dichtungsscheibe mit ihrer Dichtlippe
bei der Ausfahrbewegung der Kolbenstange auf dem Flansch der äußeren Scheibe ab,
während die restliche»Fläche dieser elastischen, aus flexiblem Material bestehenden
Dichtungsscheibe gegen di.e entsprechende Fläche dieser Außenscheibe durch die"äuf
die Dichtlippe ausgeübte Reibung gepreßt wird. Das hat jedoch den Nachteil, daß
der Dichtlippenteil bei im Zylinderinneren vorübergehend auftretenden Unterdrücken,
womit beim Stoßdämpferbetrieb immer gerechnet werden muß, zur inneren Abdeckscheibe
durchgebogen wird, wodurch der Dichtungseffekt rapide sinkt. Da die in der inneren
und äußeren Abdeckscheibe befindlichen Bohrungen die Kolbenstange mit radialem Bewegungsspiel
umgeben, also keine zusätzliche Abdichtung bewirken, sind derartige Vorrichtungen
zur Abdichtung von hydropneumatischen Stoßdämpfern nicht geeignet.
-
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung Werden gleichfalls die inneren
Dichtungsringe durch Stützringe derart abgestützt, daß jeweils nur eine schmale
Dichtlippe am Kolbenstangenumfang anliegt, während zur Abdichtung des Abschlußdeekels
gegenüber der Zylinderinnenwandung in dem äußeren Umfang des durch mehrere Schrauben
mit der Zylinderwandung verbundenen Abschlußdeckelsein dichtender Außenring vorgesehen
ist. Jedoch auch hier sind die Richtungslippen nicht axial spielfrei abgestützt,
da zwischen ihnen und den die Dichtungsringe abstützenden Ringkörpern jeweils noch
ein breiter axialer Abstand besteht, der die axialen Oszillationsbewegungen infolge
der auf den Kolbenatangenumfang
wirkenden Normalkräfte nicht verhindern
kann. Andererseits benötigt diese'aus vielen Einzelteilen bestehende Vorrichtung
einen großen Bau- und Montageaufwand, zu dem der von den .Dichtungslippen getrennt
anzuordnende äußere Dichtring nachteilig beiträgt.
-
Bei einer weiteren auf. den Anmeld"er zurückgehenden Dichtung ist
zwischen der inneren, mit einer nach innen gerichteten Wölbung und darin vorhandenen
Bohrungen versehenen Dichtplatte und einer äußeren Dichtplatte ein Ring aus Gummi
oder einem gleichwertigen anderen elastischen Material-angeordnet. Zwischen der
parabolisch ausgebildeten inneren Zippenausnehmung dieser Gummischeibe und der abzudichtenden
Kolbenstange ist ein membränartig ausgebildeter Dichtring aus einem reibungsärmeren
und weniger elastischen Vierkstoff, wie z.B. Teflon, angebracht, der sieh über die
gesamte Höhe der Gummischeibe erstreckt und je nach Innendruck im Zylinder von der
Gummischeibe stärker oder schwächer gegen die zu dichtende Kolbenstange gepreßt
wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß bei stärkerem Anpreßdruck der
Gummischeibe der dünne Dichtring aus Teflon mit nahezu seiner gesamten Höhe an der
abzudichtenden Kolbenstange anliegt, wobei der Dichtdruck, d.h. die auf die Kolbenstange
wirkende Normalkraft pro Dichtflächeneinheit, abnimmt und somit keine einwandfreie
Dichtung mehr gewährleistet ist. Dazu kommt weiterhin, daß der Teflonring gegenüber
einem Gummiring zwar reibungsärmer ist, jedoch schlechter dichtet, wodurch bei dieser
Anordnung letztlich die Herabsetzung der Reibung durch den Nachteil eines verminderten
Dichtvermögens erkauft wird:
Bei einer weiteren bekannten; ebenfalls
auf den A.nmelder zurückgehenden Kolbenstangen-Abdichtung sind zur Herabsetzung
der Reibungskräfte die Dichtungsflächen der Dichtungsscheibe am Kolbenstangenumfang
durch Einbau gut wärmeleitender Stützkegel verringert. Doch hat auch diese Vorrichtung
den Nachteil, daß die nur unter einem kleinen Winkel ansteigenden Stützkegel die
Druckverteilung in der Dichtungsscheibe nicht derartig zu beeinflussen vermag, daß
es zu einer nennenswerten Herabsetzung der Anpreßkräfte kommen könnte. Die Aufgabe
der Stützkegel ist es vielmehr, die als unvermeidbar angenommene Reibungswärme abzuleiten,
nicht aber die Reibung als solche herabzusetzen: Die Aufgabe der Erfindung ist es,
die Nachteile und Mängel der vorbekannten Vorrichtungen besonders hinsichtlich der
am Kolbenstangenumfang wirkenden Reibungskräfte und der dadurch entstehenden Reibungswärme
mit baulich einfachen, sicheren und kostensparenden Mitteln weitgehend zu mindern,
wobei zur sicheren Abdichtung der Kolbenstange der vom Dichtungsring auf ihn ausgeübte
Anpreßdruck einerseits so hoch bemessen sein soll wie nötig und andererseits im
Hinblick auf die Reibungswärme so gering wie möglich.
-
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Zylinder-Abschlußdeckel der
eingangs erwähnten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenplatte in
an sich bekannter Weise eine nach innengerichtete Wölbung mit darin vorgesehenen
Bohrungen aufweist, die elastische Dichtungsscheibe an ihrem die Dichtungslippe
tragenden Innenumfang zwischen dem Stützring und dem letzteren gegenüberliegenden
Innenumfang der Innenplatte axial unverschieblieh eingespannt ist und der
aus
weniger elastischem und reibungsärmerem Werkstoff als die Dichtungsscheibe bestehenden
Stützring am Kolbenstangen-. umfang abdichtend anliegt, wobei er den. an ihn angrenzenden
Abschnitt der Dichtungsscheibe abdeckt. Durch die an sich bekannte Ausbildung der
Innenscheibe mit einer nach innen gerichteten Wölbung und durch die darin vorgesehenen
:Bohrungen wird gewährleistet, daß der Druck der Dämpfungsflüssigkeit im wesentlichen
auf die mittlere Ringzone der Dichtungsscheibe einwirkt und der Kraftfluß in der
Dichtungsscheibe zu Normalkräften führt,- die gegen das äußere Abschlußstück, die
Zylinderwand und die Kolbenstange gerichtet sind. Der Anpreßdruck und die Dichtwirkung
hängen somit stets vom jeweiligen Druck der Dämpfungsflüssigkeit ab., Da jedoch
hinsichtlich der an der Kolbenstange wirkenden Anpreßkräfte und den damit verbundenen
Reibungskräften bei entsprechender Erhöhung der Innendrücke die erzeugte Reibungswärme
unzulässig hohe Werte annehmen würde, wird erfindungsgemäß im unteren Abschnitt
-der Innenumfangsfläche der Dichtungsscheibe am Kolbenstangenumfang ein dichtend
anliegender Stützring aus-weniger elastischem und reibungsärmerem Werkstoff als
die Dichtungsscheibe vorgesehen. Dadurch liegt die Dichtungsscheibe nur noch mit
ihrem oberen Teil am Kolbenstangenumfang dichtend an, womit die effektive Reibungsstrecke.
der Dichtungslippe erheblich verringert wird. Auf diese Weise sind zwei aufeinarrlerfolgende
Dichtungen wirksam, nämlich einmal eine @elastische,Yei= bungsstärkere und zum anderen
eine weniger elastische, -rei=- . bungeärmere Dichtung.: Dadurch wird nik:-t nur
die Reibungs- ` -wärmeerheblich verringert"; sondern auch die Betrieheäieher`=-`
heit
dadurch erhöht, daß die allen Erfordernissen genügende Dichtungswirkung eine Verlängerung
der Lebensdauer der Dichtungescheiben zur Folge hat.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll ein unerwünscht hoher
Anpreßdruck der Dichtungsscheibe auf den Kolbenstangenumfang infolge der Erhöhung
der Betriebstemperatur der dynamisch beaufschlagten Teile dadurch vermindert bzw.
vermieden werden, daß der Stützring aus Metall oder einem vergleichsweise festen
Kunststoff solcher Wärmedehnung besteht, daß er die infolge der Erhöhung der Temperatur
und somit des Innendruckes im Zylinder hervorgerufene Vergrößerung des Anpreßdruckes
der Dichtungslippe an der Kolbenstange zu verringern-bzw. zu kompensieren vermag.
-
Zur Sicherheit gegenüber axialen Verschiebungen urh zur Erreichung
eines über seinen ganzen Umfang gleichmäßig auf die Kolbenstange auszuübenden Druckes,
kann der Stützring in an sich bekannter Weise einen im wesentlichen Z-förmigen Querschnitt
besitzen, mit dessen axial verlaufendem Schenkel der Ring teilweise in die Dürchtrittsöffnung
der elastischen Dichtungsscheibe hineinragt und mit `d essen radial verlaufendem
Schenkel er in einer Ausnehmung auf der Innenseite des äußeren Abschlußstückes des
Zylinders liegt.
-
Bei thermisch weniger stark beanspruchten Stoßdämpfern, kann der Stützring
in einfacher und kostensparender Weise aber auch aus einem aus dem äußeren Abschlußstück
des Zylin-_ ders entsprechend ausgearbeiteten, flanschartigen Vorsprung bestehen,
wobei ebenfalls die Dichtungsscheibe-mit ihrer vollen Höhe an der Zylinderinnenwandung
unbeweglich anliegt
und eine bewegliche Dichtung zwischen der Dichtungslippe
und der Kolbenstange gewährleistet.
-
Weitere Merkmale des Zylinderabschlußdeckels gemäß der Erfindung sowie
dessen technisch fortschrittliche i;igenschaften werden an, Hand der Zeichnung
beschrieben, in dleren Fig. 1 bis 3 mehrere Ausführungsbeispiele des neuen
Abschlußdeckels in axialem Schnitt dargestellt sind.
-
Wie aus Fig. 1 hervorgeht,. ist zwischen der Kolbenstange 1 und dem
Zylinder 2 oder einer zylindrischen Kammer die elastische Dichtungsscheibe 3 aus
Gummi oder einem ähn= lieh weichen Kunststoff, z.B. Viton vorgesehen, die eine zentrale
Durchtrittsöffnung für die Kolbenstange 1 aufweist und in Achsrichtung zwischen
der mit Bohrungen 4' versehenen . Innenplatte 4 und dem äußeren Abschlußstück 5
unverschieblich gehalten wird. Das kbschlußstück 5, das die Kolbenstangenführung
gewährleistet, sowie die Innenplatte ¢ werden durch Sprengringe gehalten, die in
entsprechende Nuten am Innenumfang des Zylinders 2 eingedrückt sind.
-
Um die Reibung der unter dem Einfl uß des im Zylinder 2 herrschenden
Druckes stehenden Dichtungsscheibe 3 auf die Kolbenstange 1 zu, verringern; ist
erfindungsgemäß ein mit einem Stützkragen 6_versehener Ring 7 vorgesehen, der aus
vergleichsweise festem Werkstoff besteht und nur teilweise in die Durchtrittsöffnung
der elastischen Dichtungsscheibe 3 hineinragt. Dieser Ring 7 hat die Aufgabe, einerseits
die Dichtungsscheibe 3 mit ihrem ihre. zentrale Durchtrittsöff= nung umgebenden
Innenumfang nur mit einer schmalen, sich lediglich über einen Teil ihrer Breite
erstreckenden Dichtungslippe
31 am Kolbenstangenumfang abdichtend
anliegen zu lassen, und andererseits als Stützfläche für den übrigen Teil des-die
Durchtrittsöffnung umgebenden Innenumfangs der Dichtungsscheibe 3 zu dienen, so
d aß dadurch der Anpreßdruck der Dichtungsscheibe 3 bzw. ihrer Zippe 3' an die Kolbenstange
und damit der Reibungswiderstand entsprechend verringert werden.
-
Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, kann der mit der Erfindung verfolgte
Zweck der teilweisen Abstützung des Innenumfang, der Dichtungsscheibe 3 durch einen
unabhängigen, ein besonderes Bauteil bildenden Ring 7 erreicht werden, der durch
seinen Befestigungskragen 6 zwischen der Dichtungsscheibe 3 und dem äußeren Abschlußstück
5 gehalten wird. Dieder Ring 7 kann aus Metall aber auch aus einem vergleichsweisE
festen Kunststoff, z. B. aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) oder Graphitpalyamid
(Rilsan) bestehen. Der teilweise in die Durchtrittsäffnüng der Dichtungsscheibe
3 hineinragende Ring kann aber auch aus einem aus dem äußeren .ibschlußstück 5 entsprechend
ausgearbeiteten, flanschartigen Vorsprung 7' bestehen, wie das Pig. 3 zeigt.
-
Nach einem für die vorliegende Erfindung wesentlichen Merkmal wird
der Ring 7 gleichsam als zweite Dichtungsstelle in der Weise verwendet, daß man
zu einer Kombination zweier hintereinanderliegender Kolbenstangen-Dichtungsstellen
kommt. Dabei wird die erste Dichtungsstelle von der DichtungsliPpe 31 der aus vergleichsweise
weichem bzw. geschmeidigem Werkstoff bestehenden Dichtungsscheibe 3 gebildet, während
die zweite Dichtungsstelle von dem sich im w esentliehen
axial
erstreckenden Schenkel 8 des im Querschnitt -etwa Z-förmigen Ringes 7 gebildet wird,
der aus einem wesentlich festeren bzw. steiferen Werkstoff, insbesondere Teflon
oder Rilsan besteht. Diese beiden aufeinanderfolgenden Dichtungsstellen sind so
angeordnet, daß der auf die Dichtungsscheibe 3 wirkende Druck der im Zylinder befindlichen
Dämpfungaflizssigkeit sich auf den Ring 7 überträgt, der sich in unmittelbarer Anlage
an dem Innenumfang der Dichtungsscheibe 3 befindet.
-
Die ersterwähnte Dichtung 3 hat im wesentlichen die Gestalt einer
Scheibe mit einem zentral angeordneten konischen Durchtritt loch für die Kolbenstange
und ist so ausgebildet und angeordnet, daß sie einerseits mit ihrer dem geringsten
Durchmesser des konischen Durchtrittsloches entsprechenden Dichtungslippe 31 eine
dynamische Abdichtung der Kolbenstange gewährleistet, während sie andererseits eine
statische Abdichtung an der Zylinderinnenwandung dadurch sicherstellt, daß sie mit
ihrem Außenumfang durch den im Zylinder herrschenden Druck gegen die Zylinderwandung
ge-, preßt wird. Die-zweite Dichtung 7, die zwischen der ersten Dichtung
3 und dem äußeren Abschlußstick 5 angeordnet ist, besitzt die Gestalt eines Ringes,
der einerseits mit seiner" Zippe 8, deren Axialerstreckung kleiner als die Breite
der Dichtungsscheibe 3 ist, teilweise in die konische Durchtrittsöffnung zwischen
der Scheibe 3 und der Kolbenstange 1 hineinragt,-und andererseits mit seinem Kragen
6 zwischen der Dichtungsscheibe 3 und dem äußeren Abschlußstück 5 liegt.
Die
erfindungsgemäß ausgebildete Dichtung vereinigt in sich die Vorteile der bekannten
Dichtungen aus weichen elastischen Werkstoffen, wie z.B, aus Kautschuk, die sich
durch eine große Funktionssicherheit auszeichnen, mit den Vorteilen jener- Dichtungen,
die aus halbfestem Werkstoff bestehen und eine nur sehr geringe Reibung besitzen.
Dabei werden die Nachteile der bekannten Dichtungen, im ersteren Fall deren erhöhter
Reibungswiderstand und im zweiten Fall deren geringe Funktionstüchtigkeit bzw. Dichtungssicherheit
gegeneinander kompensiert. Durch die Anwendung es zweiten Dichtungsringes 7 kann
in der Tat die Anlagefläche der Dichtungslippe 3' der elastischen Dichtungsscheibe
3 an der Kolbenstange 1 ohne Beeinträchtigung der Abdichtungssicherheit sehr stark
verkleinert werden, beispielsweise auf eine Größenordnung von nur 1mm Axialabmessung,
wodurch die Reibung die-
ser Dichtungslippe 3' an der Kolbenstange 1 außerordentlich
verringert werden kann.
-
Darüber hinaus ist es ein großer Vorzug der neuen Dichtung, daß sie
es erlaubt, die Vergrößerung der Reibung der Dichtung, als Folge des Anstieges des
inneren Druckes im Zylinder durch Temperaturerhöhungen, zu verringern bzw. zu kompensieren:
Wenn der Wärmesuadehnungskoeffizient des Kunststoffesfür den Ring 7 groß genug gewählt
wird, führt der Temperaturansüeg im Stoßdämpferzylinder zu einer entsprechenden
Ausdehnung des Ringes 7, wodurch dessen Anpreßdruck auf die Kolbenstange 1 verringert
wird. Daher kann man durch entsprechende Gestaltung und Wahl der Abmessungen des
Ringes 7 in einem beträchtlichen Bereich die Reibungszunahme der Dichtung,
die
sich aus dem Anwachsen des inneren Druckes ergibt, kompensieren.
-
Um die geeignete Starrheit bzw. Festigkeit des Ringes 7 zur Verringerung
seines Anpreßdruckes auf die Kolbenstange. 1 nutzbar zu machen, die sich einerseits
aus dem Schließdruck der Dichtungsscheibe 3 und andererseits aus dem im Zylinder
herrschenden Innendruck ergibt, ist es von Vorteil, einen Ring 7 zu verwenden, der
im freien, also unbelasteten Zustand eine im Durchmesser nur sehr wenig größere
Durchtrittsäffnung als-der Durchmesser der Kolbenstange 1 besitzt.
-
Um die Dichtung gegen Staub- o.dgl.*-Teilchen zu schützen, die die
Kolbenstange beschädigen würden, ist der Abschlußdeckel vorteilhaft noch mit einer
Abstreiferplatte 9 aus Hartgummi oder festem Kunststoff versehen, wie das die Fig.
2 und 3 zeigen. Diese Abstreiferplatte 9 kann mit Hilfe eines geeigneten Druckstempels
in eine außen im AbschluB-stück 5 vorgesehene, ringartige Ausnehmung von schwalbenschwanzförmigem
Querschnitt eingedrückt werden, wodurch die Platte 9 sicher gehalten. wird. Auch
kann man zum Einsetzen der Platte 9 in das Abschlußstück 5 von der starken Schrumpfungder
erwähnten Kunststoffe bei tiefen Temperaturen, wie beispielsweise mit flüssiger
Luft erreicht werden, vorteilhaft Gebrauch machen.
-
Schließlich ist es von Vorteil, zwischen-dem Ring 7 und der Abstreiferplatte
9 eine Ausnehmung 10 zur Au%nahme, eines Schmiermittels vorzusehen, das durch die
Abstreiferplatte
9 zurückgehalten wird und das Gleiten der Kolbenstange
1 in dem äußeren Abschlußstück 5 erleichtert. Diese Schmiermittelkammer wird zweckmäßig
durch den aua Fig. 2 ersichtlichen Hohlraum zwischen dem Ring 7 der Kolbenstange
1 und dem entsprechend abgeschrägten Ab.schlußstück 5 gebildet.