DE19831523A1 - Stangendichtung mit veränderbarer Anpreßkraft - Google Patents

Abstract

Stangendichtung für hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Aggregate, insbesondere für Schwingungsdämpfer oder Federbeine, wobei eine üblicherweise als Kolbenstange ausgeführte Stange axial beweglich in einem Behälter geführt und mittels der Stangendichtung abgedichtet ist, die Stangendichtung aus gummielastischem Werkstoff besteht und einen normalerweise fest mit einer Versteifungsscheibe verbundenen Dichtungskörper aufweist, der als statisches Dichtelement im Außenbereich eingespannt ist und im Bereich des Innendurchmessers einen axialen Ansatz besitzt, der mindestens eine mit radialer Vorspannung gegen die Stange gedrückte Dichtlippe trägt, wobei zur Vorspannungsänderung der Dichtlippe der axiale Ansatz mit einer dem Dichtungskörper gegenüberliegenden Anlage versehen ist, auf der sich ein eine axiale Dehnung des Ansatzes bewirkendes Federelement abstützt, das zumindest als axiale Druckfeder wirksam ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stangendichtung für hydraulische, pneumatische oder hy­ dropneumatische Aggregate, insbesondere für Schwingungsdämpfer oder Federbeine, wobei eine üblicherweise als Kolbenstange ausgeführte Stange axial beweglich in einem Behälter geführt und mittels der Stangendichtung abgedichtet ist, die Stangendichtung aus gummielastischem Werkstoff besteht und einen normalerweise fest mit einer Ver­ steifungsscheibe verbundenen Dichtungskörper aufweist, der als statisch es Dichtelement im Außenbereich eingespannt ist und im Bereich des Innendurchmessers einen axialen Ansatz besitzt, der mindestens eine mit radialer Vorspannung gegen die Stange ge­ drückte Dichtlippe trägt, während gegebenenfalls auf der anderen Seite des Dichtungs­ körpers ein Abstreifer angeformt ist.

Bei solchen bekannten Dichtungen werden die radial vorgespannten Dichtlippen noch mittels einer Wurmfeder radial gegen die Stange gedrückt, damit in allen Betriebszu­ ständen, also auch bei tiefen Temperaturen eine sichere Abdichtung gewährleistet ist. Diese hohe Andrückkraft erfordert bei Bewegung der Stange aus der Ruhelage eine re­ lativ hohe Losbrechkraft, auch wenn es nur geringfügige Stangenwege sind, die bei kleinen Fahrbahnunebenheiten auftreten, was beispielsweise bei Schwingungsdämpfern zu Komforteinbußen führt. Dies wird als Stick-Slip-Effekt bezeichnet. Ebenso führt eine Druckerhöhung im Behälter zu einer zusätzlichen auf den Ansatz und somit auch auf die Dichtlippe ausgeübten Radialkraft, die eine erhöhte Reibung bzw. Losbrechkraft zwi­ schen Kolbenstange und Dichtlippe bewirkt. So ist es durch die DE 30 18 215 A1 be­ kannt, eine temperaturabhängig veränderliche Anpreßkraft der Dichtung dadurch zu erzielen, daß ein Bauteil mit temperaturabhängiger Formänderung mit der Dichtung zusammenwirkt.

Um über den gesamten Temperaturbereich, dem das Aggregat ausgesetzt ist, eine ein­ wandfreie Abdichtung zu gewährleisten, ist entsprechend der DE 38 31 719 A1 ein in sich geschlossener steifer Andrückring mit der Dichtlippe so verbunden, daß diese mit dem Andrückring zusammen radial frei beweglich ist. Weiter zeigt die DE 43 02 262 A1 eine Ausführung zur Vermeidung des Stick-Slip-Effekts an der Stelle zwischen Dichtlippe und Stange, wobei die gesamte Dichteinheit mittels einer Federeinrichtung axial beweg­ lich angeordnet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stangendichtung zu schaffen, bei der die Anpreßkraft der Dichtlippen druckabhängig wirksam ist und der Stick-Slip-Effekt bei kleineren Axialbewegungen der Stange von der Dichtung selbst kompensiert wird, wobei die Dichtung einfach im Aufbau, kostengünstig und problemlos herstellbar ist. Für bestimmte Anwendungsfälle wird gewünscht, daß bei Druckerhöhung im Aggregat die Reibung zwischen der Stange und der Dichtung nur unwesentlich ansteigt.

Diese Aufgabe wird auf einfache Weise dadurch gelöst, daß zur Vorspannung der Dichtlippen der axiale Ansatz mit einer dem Dichtungskörper gegenüberliegenden Anla­ ge versehen ist, auf der sich ein eine axiale Dehnung des Ansatzes bewirkendes Federe­ lement abstützt, das zumindest als axiale Druckfeder wirksam ist. Bedingt durch diese axiale Vorspannung des Ansatzes und damit auch der Dichtlippe bzw. den Dichtlippen wird insbesondere bei hochfrequenten Schwingungen mit geringe Schwingungsamplitu­ de eine wesentliche Komforterhöhung für Fahrzeuge erzielt, die mit derartig abgedich­ teten Schwingungsdämpfern oder Federbeinen ausgerüstet sind, da die geringen Axial­ bewegungen vom Dichtelement aufgenommen werden und somit geringe Reibung bzw. kein Stick-Slip-Effekt zwischen der Stangendichtung und der Stange in diesem Be­ wegungsbereich auftreten kann.

Eine sehr einfach und leicht montierbare Stangendichtung wird entsprechend einem Merkmal der Erfindung dadurch erhalten, daß das Federelement mit dem Dichtungskör­ per und den Dichtlippen eine Baueinheit bildet. Dies ist insbesondere bei automatischer Montage der Aggregate sehr vorteilhaft und kostensparend, wobei das Montieren des Federelements vor dem Einbau der Stangendichtung problemlos durchgeführt werden kann.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Anlage durch einen am freien Ende des axialen Ansatzes angeformten Bund und darin angeordneter Ring­ nut gebildet, während das Federelement aus einer Schrauben-Druckfeder besteht, deren Ende in die Ringnut eingreift. Erfindungsgemäß kann durch die am Bund angeordnete Windung der Schrauben-Druckfeder eine zusätzliche Radialkraft auf den Ansatz ausge­ übt werden, wodurch sich der bei bestimmten Anwendungsfällen erforderliche Einbau einer Wurmfeder zum radialen Andrücken der Dichtlippen erübrigt. Andererseits kann die Stangendichtung nach der Erfindung auch eine radiale Stabilisierung der Dichtlippe bilden, so daß eine Druckerhöhung im Behälter nicht in dem üblicherweise hohen Maß zu einer Reibungserhöhung der Stangenbewegung führt. Dies wird dadurch erreicht, daß die in der Ringnut angeordnete Windung der Schrauben-Druckfeder sich radial nicht zusammendrücken läßt und somit immer dieselbe radiale Kraft auf die Dichtlippe ausübt und dadurch die Wirkung des Innendrucks im Aggregat mindert.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform wird, wie weitere Merkmale der Erfindung zeigen, dadurch erhalten, daß auf jeder Seite des Dichtungskörpers ein axialer Ansatz mit Dichtlippen angeordnet ist. Eine derartige Konstruktion eignet sich beispielsweise zur Abdichtung zweier Hydrauliksysteme gegeneinander, wie zur Abdichtung von Bremsflüssigkeit gegenüber einer Hydraulikflüssigkeit, die zur Bremskraftunterstützung dient. Für eine der beiden Hydraulikflüssigkeiten läßt sich außerdem eine Leckageleitung dadurch verwirklichen, daß diese in den von den beiden Dichtlippensystemen begrenz­ ten Dichtungsraum mündet.

Um eine einwandfreie Auflage der Schrauben-Druckfeder auf dem Dichtungskörper zu schaffen ist dieser mit einer Versteifungsscheibe versehen, auf der die Feder einerseits aufliegt, während andererseits auf dem axialen Ansatz ein Versteifungsring angeordnet ist, der einteilig mit einem Federteller für das andere Ende der Schrauben-Druckfeder ausgebildet ist.

Alternativ kann das Federelement auch als Membranfeder ausgebildet sein, wobei der axiale Ansatz mit einem Bund versehen ist, auf dem ein als Anlage für die Membranfe­ der wirkender Federteller angeordnet ist. Diese Anlage für die Membranfeder kann bei­ spielsweise auch als Winkelring ausgebildet sein oder der angeformte Bund kann eine Nut aufweisen, in die ein am Innendurchmesser der Anlage angeordneter zylindrischer Ansatz eingreift und somit als Stabilisierung der Dichtlippe dient.

Es kann vorgesehen sein, daß auf der der Dichtlippe gegenüberliegenden Seite des Dichtkörpers ein Abstreifer an geformt ist. Auch für den Abstreifer eignet sich die Anord­ nung eines Federelements, das eine Axialkraft ausübt. Die Lippe des Abstreifers kann dadurch mit einem größeren Durchmesser versehen sein als ohne Vorspannfeder und axial federnd wirken.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungsformen wird nach­ folgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Stangendichtung im Längsschnitt, bei der eine Axialkraft durch eine Schrau­ ben-Druckfeder gebildet ist;

Fig. 2 eine Stangendichtung, bei der zu beiden Seiten des Dichtungskörpers eine von einer axial wirkenden Feder beaufschlagte Dichtung angeordnet ist;

Fig. 3 eine Stangendichtung mit einem Versteifungsring für den axialen Ansatz im Längsschnitt;

Fig. 4 eine Stangendichtung, bei der die Axialkraft durch eine Membranfeder erzeugt ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Stangendichtung 1 für eine üblicherweise als Kolbenstange aus­ gebildete Stange 2 besteht aus einem Dichtungskörper 3 mit einem axialen Ansatz 4, der mit einer äußeren Dichtlippe 5 und einer inneren Dichtlippe 6 versehen ist. Der Dich­ tungskörper ist im Bereich seines äußeren Durchmessers fest eingespannt und bildet an dieser Stelle eine statische Dichtung. Auf der den Dichtlippen 5 und 6 entgegengesetz­ ten Seite ist am Dichtungskörper 3 ein Abstreifer 7 angeformt. Ein Federelement 9, das bei diesem Ausführungsbeispiel als Schrauben-Druckfeder 11 ausgebildet ist, stützt sich einerseits auf einer mit dem Dichtungskörper 3 verbundenen Versteifungsscheibe 12 ab und wirkt andererseits auf eine Anlage 8. Diese Anlage 8 ist vorteilhafterweise als Ring­ nut 10 ausgebildet, in welche die untere Windung der Schrauben-Druckfeder 11 einge­ knöpft ist. Dementsprechend wird von der unteren Windung der Schrauben-Druckfeder 11 der Ansatz 4 und somit auch die Dichtlippen 5 und 6 axial vorgespannt, so daß klei­ nere relativ hochfrequente Bewegungen der Stange 2 ohne Relativbewegung zwischen den Dichtlippen 5 und 6 und der Stange 2 aufgenommen werden. Erst bei größeren Relativbewegungen zwischen den Dichtlippen 5 und 6 und der Stange 2 tritt der Stick- Slip-Effekt auf, was beispielsweise bei in Fahrzeugen eingebauten Schwingungsdämp­ fern und Federbeinen, nicht so komfortmindernd wirkt, wie wenn dies bereits bei klei­ nen Bewegungen der Stange 2 auftritt.

Mit der unteren in die Nut 10 eingeknöpften Windung der Schrauben-Druckfeder 11 kann die äußere Dichtlippe 5 auch radial vorgespannt werden, so daß bei bestimmten Anwendungsfällen, bei denen üblicherweise eine Wurmfeder zur Unterstützung der radialen Vorspannung vorgesehen ist, dies von der unteren Windung der Schrauben- Druckfeder 11 übernommen wird, die dann eine axiale und eine radiale Vorspannung der Dichtlippen 5 und 6 erzeugt. Die Stangendichtung 1 kann so ausgelegt sein, daß die innere Dichtlippe 6 durch die auf den axialen Ansatz 4 wirkende Federkraft der Schrau­ ben-Druckfeder 11 gegen die Stange angelegt wird und dann zusätzlich in Abhängig­ keit von dem im Aggregat herrschenden Druck gegen die Oberfläche der Stange 2 ge­ drückt wird. Andererseits kann mit einer solchen Stangendichtung 1 auch eine Forde­ rung erfüllt werden, die ein zu starkes Andrücken insbesondere der Dichtlippe 5 vermei­ det. Hierzu wird die untere Windung der Schrauben-Druckfeder 11 steif ausgebildet, so daß sie dem im Aggregat herrschenden Systemdruck entgegen wirkt und ein zu starkes Andrücken der Dichtlippe vermeidet und somit die Reibung bzw. Losbrechkraft zwi­ schen der Stangendichtung 1 und der Stange 2 begrenzt.

Eine axiale Vorspannung der Lippe durch ein Federelement kann auch bei dem Abstrei­ fer 7 angewendet werden, so daß der Abstreifer 7 axial federnd auf Schmutz oder Eis reagieren kann. Dadurch kann die Lippe des Abstreifers 7 einen größeren Durchmesser besitzen, als ohne Vorspannfeder, wodurch die Reibung geringer wird. Die dadurch ver­ besserte Abstreifwirkung kann in Einzelfällen den Verzicht auf zusätzliche Schutzmaß­ nahmen, beispielsweise Faltenbälge, ermöglichen.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante der Stangendichtung gezeigt, die insbesondere zur Abdichtung zweier Hydrauliksystemen gegeneinander Verwendung findet. Der Auf­ bau der beiden Abdichtungen ist im wesentlichen gleichartig. Dem axialen Ansatz 4 ge­ genüberliegend ist auf dem Dichtungskörper 3 ein axialer Ansatz 4a an geformt, der als Anlage für eine Schrauben-Druckfeder 11a eine Ringnut 10a besitzt, in welche die obe­ re Windung der Feder 11a eingeknöpft ist. Die Anordnung und Wirkung der äußeren und inneren Dichtlippen 5a und 6a entspricht den Dichtlippen 5 und 6, wobei zwischen den Dichtlippen 6 und 6a ein Dichtungsraum 14 geschaffen ist, in den beispielsweise eine Leckageleitung 15 einmünden kann. Eine solche Anordnung ist auch zum Einbrin­ gen größerer Fettvorräte in den Dichtungsraum 14 geeignet, wie dies insbesondere für Luftfederdämpfer vorteilhaft ist.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante der Stangendichtung 1 ist der axiale Ansatz 4 im Bereich der äußeren Dichtlippe 5 und wahlweise auch der inneren Dichtlip­ pe 6 mit einem Versteifungsring 16 versehen, der sich einerseits mit einem Bund auf der Anlage 8 des Ansatzes 4 abstützt und anderseits einstückig mit einem Federteller 17 versehen ist, auf dem sich die Schrauben-Druckfeder 11 abstützt. Vorzugsweise wird die äußere Dichtlippe 5 vom Versteifungsring 16 nicht wesentlich vorgespannt. Die Vor­ spannung und damit die Andrückung der äußeren Dichtlippe 5 gegen die Stange 2 er­ folgt bei dieser Ausführung im wesentlichen vom Druck im Aggregat, so daß diese Dichtlippe 5 mit einem geringeren Anteil an Reibung arbeiten kann. Dagegen wird die innere Dichtlippe 6 durch den Versteifungsring 16 radial vorgespannt. Bei einem höhe­ ren Betriebsdruck eines Schwingungsdämpfers infolge Erwärmung wird der gesamte Bereich der Dichtlippen 5 und 6 gegen den Versteifungsring 16 gedrückt, wobei durch sich stauchenden Dichtungswerkstoff die Vorspannung der inneren Dichtlippe 6 eben­ falls erhöht. Somit gewährt eine solche Stangendichtung 1 auch für einen größeren Temperaturbereich eine einwandfreie Abdichtung gegenüber der Stange 2.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung zeigt die Fig. 4 eine Ausführungsform, bei der als Federelement 9 eine Membranfeder 18 angeordnet ist. Am Außendurchmesser stützt sich diese Membranfeder 18 auf der mit dem Dichtungskörper 3 verbundenen Versteifungsscheibe 12 ab, während die Membranfeder 18 im Bereich ihres Innen­ durchmessers mit einer Anlage 8 zusammenwirkt, die als Federteller 17 wirkt und auf einem angeformten Bund 13 des axialen Ansatzes 4 angeordnet ist. Diese Anlage 8 kann die verschiedensten Formen und Wirkungen aufweisen, beispielsweise als Winkel­ ring oder Versteifungsring ausgeführt sein. Die Wirkungsweise entspricht somit den Ausführungsformen mit Schrauben-Druckfeder.

Die axiale Dehnung des Ansatzes 4 kann selbstverständlich auch bei Stangendichtungen angewendet werden, die nur eine Dichtlippe aufweisen. Auch die Form des Federele­ ments 9 kann weitgehend variiert sein, denn die Schrauben-Druckfeder kann zylindrisch oder kegelförmig ausgebildet sein, ebenso kann das Federelement durch eine Tellerfe­ der gebildet sein.

Claims (11)

1. Stangendichtung für hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Aggre­ gate, insbesondere für Schwingungsdämpfer oder Federbeine, wobei eine übli­ cherweise als Kolbenstange ausgeführte Stange axial beweglich in einem Behälter geführt und mittels der Stangendichtung abgedichtet ist, die Stangendichtung aus gummielastischem Werkstoff besteht und einen normalerweise fest mit einer Ver­ steifungsscheibe verbundenen Dichtungskörper aufweist, der als statisches Dichte­ lement im Außenbereich eingespannt ist und im Bereich des Innendurchmessers ei­ nen axialen Ansatz besitzt, der mindestens eine mit radialer Vorspannung gegen die Stange gedrückte Dichtlippe trägt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorspan­ nungsänderung der Dichtlippen (5, 6) der axiale Ansatz (4) mit einer dem Dich­ tungskörper (3) gegenüberliegenden Anlage (8) versehen ist, auf der sich ein eine axiale Dehnung des Ansatzes (4) bewirkendes Federelement (9) abstützt, das zu­ mindest als axiale Druckfeder wirksam ist.

2. Stangendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ element (9) mit dem Dichtungskörper (3) und den Dichtlippen (5,6) eine Baueinheit bildet.

3. Stangendichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (8) durch einen am freien Ende des axialen Ansatzes (4) angeformten Bund (13) und darin angeordneter Ringnut (10) gebildet ist, während das Federele­ ment (9) aus einer Schrauben-Druckfeder (11) besteht, deren Ende in die Ringnut (10) eingreift.

4. Stangendichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die am Bund (13) angeordnete Windung der Schrauben-Druckfeder (11) eine zusätzli­ che Radialkraft auf den Ansatz (4) ausübt.

5. Stangendichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ringnut (10) angeordnete Windung der Schrauben-Druckfeder (11) eine in radialer Richtung wirkende Stabilisierung für die Dichtlippe (5, 6) bildet.

6. Stangendichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite des Dichtungskörpers (3) ein axialer Ansatz (4 und 4a) mit Dichtlip­ pen (5, 6 und 5a, 6a) angeordnet ist.

7. Stangendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den von den Ansätzen (4 und 4a), den Dichtlippen (6 und 6a) und der Stange (2) begrenzten Dichtungsraum (14) eine Leckageleitung (15) mündet.

8. Stangendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem axialen Ansatz (4) ein Versteifungsring (16) befestigt ist, der einteilig mit einem Federteller (17) für die Schrauben-Druckfeder (11) ausgebildet ist.

9. Stangendichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (9) von einer Membranfeder (18) gebildet ist, während deren An­ lage (8) aus einem auf dem Bund 13 aufliegenden Federteller (17) besteht.

10. Stangendichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Federelement (9) einerseits auf der Versteifungsscheibe (12) oder auf dem Dichtungskörper (3) abstützt.

11. Stangendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der der Dichtlippe gegenüberliegenden Seite des Dichtkörpers ein Abstreifer angeformt ist, der Abstreifer (7) mit einem Ansatz zur Aufnahme und Abstützung eines sich andererseits auf dem Dichtungskörper abstützenden Federe­ lements versehen ist.