DE19734497C2 - Dichtungsanordnung zur Abdichtung einer Kolbenstange - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung einer Kolbenstange, insbesondere für Schwingungsdämpfer in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Dichtungsanordnung ist aus der FR 23 71 618 A1 bekannt. Die Dichtungsanordnung dieser Druckschrift besteht aus einem o-ringförmigen Gleit-Dichtungsring, der an der Mantelflä­ che der Kolbenstange anliegt, einem den Gleit-Dichtungsring ra­ dial umgreifenden ersten Dichtungselement sowie einem zweiten Dichtungselement, welches auf der radial außenliegenden Seite des ersten Dichtungselements angeordnet ist und dieses mit ra­ dial nach innen gerichteter Kraft beaufschlagt. Das erste Dich­ tungselement hat einen rechteckförmigen Querschnitt und weist eine der Kolben-Mantelfläche zugewandte Ausnehmung auf, in der der Gleit-Dichtungsring aufgenommen ist. Das erste Dichtungs­ element besitzt zusätzliche Dichtflächen, die beidseitig des Gleit-Dichtungsringes die Kolben-Mantelfläche beaufschlagen.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß das erste Dichtungsele­ ment zwar mit Hilfe seiner zusätzlichen Dichtflächen die Dicht­ wirkung steigert, daß zugleich aber auch höhere Reibungskräfte an der Mantelfläche der Kolbenstange wirken, so daß eine Kol­ benstangenbewegung höhere Kräfte erfordert. Aufgrund der höhe­ ren Kräfte ist auch der Materialverschleiß erhöht.

Ein weiterer Nachteil liegt in dem relativ komplizierten geome­ trischen Aufbau des ersten Dichtungselements, dessen den Gleit- Dichtungsring aufnehmende Ausnehmung mit rechteckigem Quer­ schnitt eine ungünstige Spannungsverteilung verursacht, wodurch die Gefahr von Rißbildung erhöht ist. Daher kann auch nicht si­ cher gewährleistet werden, daß der für eine sichere Dichtwir­ kung erforderliche Druck auf den Gleit-Dichtring über einen längeren Betriebszeitraum konstant zur Verfügung gestellt wer­ den kann.

Eine weitere Dichtungsanordnung geht aus der Zeitschrift "antriebstechnik" 33 (1994), Nr. 1-2, Seite 67 hervor. Die dar­ gestellte zweiteilige Kolbendichtung besteht aus einem rei­ bungsarmen Gleit-Dichtungsring und einem den Gleit- Dichtungsring mit einer Radialkraft beaufschlagenden O-Ring. Diese konventionelle Dichtungsanordnung weist insbesondere für den Fall einer starken Radialbeanspruchung eine stark anstei­ gende radiale Federkennlinie auf, weil der O-Ring nur bis zu einem gewissen Grade linear-elastisch deformierbar ist und dar­ überhinaus einen progressiven Anstieg der Kennlinie aufweist. Dies hat den Nachteil, daß die Anordnung als Folge von Wärme­ einflüssen und Verschleiß keine über einen längeren Betriebs­ zeitraum konstante Anpreßkraft aufrecht erhalten kann.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die gattungsgemäße Dichtungsanordnung mit einfachen Mitteln verschleißarm und be­ triebssicher auszubilden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An­ spruches 1 gelöst.

Der unmittelbar an der Kolbenstange anliegende Gleit- Dichtungsring reduziert die Reibungskräfte zwischen der Kolben­ stange und der Dichtungsanordnung und damit auch den Dichtkan­ tenverschleiß. Durch die Reihenanordnung mehrerer Dichtringe und -elemente in Radialrichtung, gemeinsam in einer Radialebene liegend, verläuft die Federkennlinie der gesamten Dichtanord­ nung flacher. Dies bedeutet, daß relativ große Federwege inner­ halb der Dichtungsanordnung nur mit kleinen Änderungen der An­ preßkraft der Dichtringanordnung gegenüber der Kolbenstange verbunden sind. Dies bedeutet ferner, daß größere Bauteiltole­ ranzen, Temperaturschwankungen und Verschleiß ohne große Ände­ rung der Dichtkraft bzw. Reibungskraft in Achsrichtung der Kol­ benstange ausgeglichen werden können.

Die gemeinsame Radialebene ist zugleich die Symmetrieebene ei­ nes jeden Dichtungselementes bzw. -ringes. Diese Ausbildung er­ möglicht eine symmetrische und gleichmäßige Kräfteverteilung innerhalb der Dichtungsanordnung und einen konstanten Anpreß­ druck auf die Mantelfläche der Kolbenstange, wodurch die Gefahr von Materialermüdung reduziert und eine gleichbleibende Dicht­ wirkung über einen langen Betriebszeitraum gewährleistet ist.

Die Dichtungselemente weisen die gleiche Querschnittsform auf, sie sind vorteilhaft als O-Ringe mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Der Gleit-Dichtungsring weist zweckmäßig einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt mit einer radial in­ nenliegenden, an der Mantelfläche der Kolbenstange anliegenden Verjüngung auf, wodurch der Anpreßdruck auf die Kolbenstange erhöht und die Dichtwirkung verbessert ist. Aufgrund des gerin­ gen Reibungskoeffizienten des Gleit-Dichtringes sind die Rei­ bungskräfte in Achsrichtung der Kolbenstange trotz des hohen Anpreßdruckes reduziert. Anstatt zwei O-Ringe zu verwenden, können auch entsprechend geometrisch gestaltete Formringe oder -elemente eingesetzt werden.

Die Anordnung kann mit Standard-Bauteilen kostengünstig gefer­ tigt werden. Dichtringe mit komplizierter Querschnittsgeometrie werden nicht benötigt.

Der Gleit-Dichtungsring besteht vorteilhaft aus Teflon mit ei­ nem geringen Reibungskoeffizienten, so daß die Reibungskräfte deutlich reduziert sind.

Die Dichtungselemente und der Gleit-Dichtungsring sind vorzugs­ weise in einer Dichtungshalterung aufgenommen, wodurch die ra­ diale Hintereinanderschaltung in einfacher Weise zu bewerkstel­ ligen ist und die Richtung des Anpreßdruckes lotrecht zur Längsachse der Kolbenstange exakt vorgegeben werden kann.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbesclreibung und den Zeichnun­ gen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung,

Fig. 2 die Federkennlinie der Dichtungsanordnung.

Die in Fig. 1 gezeigte Dichtungsanordnung 2 dient zur Abdichtung einer Kolbenstange 3 in einem Schwingungsdämpfer 1 eines Kraftfahrzeuges. Die Kolbenstange 3 ist axial verschieblich in einem Zylinder 4 gehalten. Die Dichtungsanordnung 2 ist ortsfest in einer flanschförmigen Dichtungshalterung 13 zwischen der Innenwand 5 des Zylinders 4 und der Mantelfläche 8 der Kolbenstange 3 aufgenommen. Die gezeigte Anordnung ist rotationssymmetrisch ausgebildet.

Die Dichtungsteile der Dichtungsanordnung 2 umfassen zwei Dichtungselemente 6, 7 und einen Gleit-Dichtungsring 9. Die ringförmigen Dichtungselemente 6, 7 mit kreisförmigem Querschnitt und der Gleit-Dichtungsring 9 sind radial hintereinander liegend in einer Nut 14 der Dichtungshalterung 13 angeordnet. Die Dichtungselemente 6, 7, die aus einem Elastomer bestehen, sind radial außenliegend angeordnet. Der Gleit-Dichtungsring 9, der aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizienten, insbesondere aus Teflon, besteht, ist radial innenliegend angeordnet und grenzt unmittelbar an die Mantelfläche 8 der Kolbenstange 3. Der Gleit-Dichtungsring 9 weist einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf mit einer auf die Mantelfläche 8 wirkenden Verjüngung 12 auf der radial innenliegenden Seite. Die Verjüngung 12 bewirkt einen höheren Anpreßdruck auf die Kolbenstange und somit eine höhere Dichtwirkung.

Alle Dichtungsteile 6, 7, 9 grenzen unmittelbar aneinander. Es kann gemäß einer weiteren Ausführung aber auch zweckmäßig sein, zwischen den einzelnen Dichtungselementen bzw. -ringen weitere Bauteile anzuordnen, beispielsweise Halterungen.

Die Dichtungsteile 6, 7, 9 sind in einer Ringnut 14 der Dichtungshalterung 13 aufgenommen. Alle Dichtungsteile haben etwa die gleiche axiale Bauhöhe h, die der Breite der Ringnut 14 entspricht, so daß die Dichtungsteile spielfrei in der Ringnut 14 gehalten sind. In dieser Anordnung ist die Symmetrieebene jedes Dichtungsteiles identisch mit einer Radialebene 10, durch die die Längsachse 11 der Kolbenstange 3 senkrecht verläuft. Die Richtung des Anpreßdruckes - senkrecht zur Mantelfläche 8 der Kolbenstange 3 - ist somit eindeutig vorgegeben.

Die radiale Tiefe der Ringnut 14 entspricht etwa der Summe der radialen Erstreckungen aller Dichtteile 6, 7, 9, so daß alle Dichtteile im wesentlichen vollständig in der Ringnut 14 aufgenommen und sicher gehalten sind. Die Dichtungshalterung 13 weist an der der Mantelfläche 8 zugewandten Seite im Bereich der Nutwände Ausnehmungen 15 für das Dämpfungsfluid des Schwingungsdämpfers auf.

Durch die radiale Hintereinanderschaltung der beiden Dichtungselemente 6, 7 aus Elastomerwerkstoff erhält man in radialer Richtung eine flach verlaufende Gesamt-Federkennlinie. In Fig. 2 ist der radiale Federkraftverlauf 17, mithin die Anpreßkraft, der beiden hintereinandergeschalteten Dichtungselemente 6, 7 in Abhängigkeit der radialen Erstreckung der Dichtungselemente dargestellt. Eine Änderung Δs der radialen Erstreckung, beispielsweise eine Zunahme infolge Erwärmung oder eine Abnahme infolge Verschleiß, bewirkt wegen des flachen Verlaufes der Federkennlinie 17 eine nur geringfügige Änderung ΔF₂ der radialen Anpreßkraft. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist dadurch unempfindlicher gegen Wärmeeinflüsse oder Verschleiß, so daß die Anpreßkraft über einen langen Betriebszeitraum im wesentlichen konstant bleibt.

Dagegen weist die Federkennlinie 16 bisher bekannter Dichtungsanordnungen einen stark ansteigenden Verlauf auf. Gemäß Fig. 2 bewirkt eine Änderung Δ bei den bisherigen Anordnungen eine große Änderung ΔF₁ der radialen Anpreßkraft.

Es kann zweckmäßig sein, mehr als zwei Dichtungselemente aus einem Elastomer radial hintereinander anzuordnen, um den Verlauf der Federkennlinie zu beeinflussen.

Claims (6)

1. Dichtungsanordnung zur Abdichtung einer Kolbenstange, insbe­ sondere für Schwingungsdämpfer in Kraftfahrzeugen, wobei die Kolbenstange (3) axial verschieblich in einem Zylinder (4) an­ geordnet ist, mit zumindest zwei Dichtungselementen (6, 7) und einem unmittelbar an der Mantelfläche (8) der Kolbenstange (3) anliegenden Gleit-Dichtungsring (9), wobei die Dichtungselemen­ te (6, 7) und der Gleit-Dichtungsring (9) radial in Reihe un­ mittelbar aneinanderliegend angeordnet sind, in einer gemeinsa­ men Radialebene (10) vertikal zur Längsachse (11) der Kolben­ stange (3) liegen und die Radialebene (10) zugleich die Symme­ trieebene eines jeden Dichtungselementes bzw. -ringes (6, 7, 9) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente (6, 7) die gleiche Querschnittsform aufweisen.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleit-Dichtungsring (9) aus Teflon besteht.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente (6, 7) und der Gleit-Dichtungsring (9) axial etwa die gleiche Bauhöhe (h) aufweisen.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente (6, 7) einen kreisförmigen Quer­ schnitt aufweisen.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Gleit-Dichtungsringes (9) im wesentli­ chen rechteckförmig mit einer radial innenliegenden Verjüngung (12) ausgebildet ist.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente (6, 7) und der Gleit-Dichtungsring (9) in einer Dichtungshalterung (13) aufgenommen sind.