DE19930964A1 - Radial bewegliche Kolbenstangendichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine radial bewegliche Kolbenstangendichtung für hydraulische pneumatische oder hydropneumatische Aggregate, wobei eine Kolbenstange in einer in einem Behälter befindlichen Kolbenstangenführung mit Radialspiel axial beweglich geführt und durch die Kolbenstangendichtung nach außen abgedichtet ist. Die Kolbenstangendichtung besitzt behälterseitig ein statisches Dichtungsteil und kolbenstangenseitig ein dynamisches Dichtungsteil, das über wenigstens eine Dichtlippe und eine Führung mit der Außenfläche der Kolbenstange zusammenwirkt. Zwischen dem statischen Dichtungsteil und dem dynamischen Dichtungsteil ist ein mit geringer Radialkraft radial auslenkbares Anlenkteil vorgesehen, das druckdicht mit den Dichtungsteilen verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine radial bewegliche Kolbenstangendichtung für Schwin­ gungsdämpfer, Federbeine oder andere hydraulische, pneumatische oder hydrop­ neumatische Aggregate gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Kolbenstangendichtung ist durch die DE 30 42 536 A1 bekannt. Bei dieser Konstruktion muß, bei einer Radialbewegung der Kolbenstange infolge Querkräfte, die gesamte Dichtung in der Aufnahmenut radial verschoben werden, so daß auf die Dichtung größere Radialkräfte ausgeübt werden müssen. Deshalb ist ein enger Dichtlippendurchmesser und eine starke Wurmfeder vorzusehen, damit trotz Radialverschiebung der Kolbenstangendichtung eine einwandfreie Abdichtung an der Kolbenstange gewährleistet ist. Diese große radiale Vorspan­ nung der Dichtlippen an der Kolbenstange bewirkt außer der hohen Reibung auch einen unerwünschten "stick-slip-Effekt".

Weiter ist durch die EP 0 731 302 B1 ein Abstreifer für fluidbetriebene Zylinder- Kolben-Aggregate bekannt, der in einer ringnutförmigen Aufnahme unter Vor­ spannung eingebracht ist und nur aus Dichtungswerkstoff besteht. Diese Auf­ nahme muß sehr genau hergestellt sein, damit der Abstreifer mit der benötigten Vorspannung in radialer und axialer Richtung eingebaut werden kann, denn das an der axial beweglichen Kolbenstange anliegende Dichtungsteil wird von dem in der Aufnahme eingespannten Verbindungsteil mit einer radial nach innen gerich­ teten Anpreßkraft beaufschlagt, wodurch die Reibung der Dichtung an der Kol­ benstange erhöht wird. Ferner ist durch die EP 0 668 461 B1 eine Dichtungsan­ ordnung gezeigt, die einen äußeren statischen Dichtungsteil aufweist, der fest im Gehäuse eingespannt ist, während das über eine Membrane damit verbundene innere Dichtungsteil derart radial auf dem zylindrischen Teil vorgespannt ist und einen freien Axialweg ausführen kann, damit im Normalbetrieb, d. h. bei üblicher Axialbewegung des zylindrischen Teils, keine Relativbewegung zwischen dem inneren Dichtungsteil und dem zylindrischen Teil auftritt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolbenstangendichtung zu schaffen, die mit möglichst geringer Reibung arbeitet, einen einfachen Aufbau besitzt und eine kostengünstige Herstellung und Montage ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Bei Schwingungsdämpfern oder Federbeinen für Fahrzeuge entstehen radiale Auslenkbewegungen der Kolbenstange durch Biegung der Kolbenstange infolge Querkräften, sowie durch das zwischen der Kolbenstange und der Kolbenstan­ genführung vorhandene Radialspiel. Damit zur Reduzierung der Reibung die An­ preßkraft zwischen dem dynamischen Dichtungsteil und der Kolbenstange bei einwandfreier Abdichtung möglichst gering gehalten werden kann, ist eine Ra­ dialbewegung des dynamischen Dichtungsteil mit geringster Radialkraft er­ wünscht. Hierzu wird ein Anlenkteil zwischen dem statischen Dichtungsteil und dem dynamischen Dichtungsteil fest verbunden, das in radialer Richtung mög­ lichst frei beweglich ist und eine absolut dichte Verbindung der Dichtungsteile gewährleistet. Da Schwingungsdämpfer und Federbeine üblicherweise eine unter Druck stehende hydropneumatische Füllung aufweisen, ist dafür Sorge zu tragen, daß das dynamische Dichtungsteil in axialer Richtung gehalten wird, was auf ein­ fache Weise durch eine von einer Anschlagscheibe gebildeten und senkrecht zur Kolbenstangenachse verlaufenden Anschlagfläche erfolgt, wobei diese Anschlag­ fläche gleichzeitig die Anpreßfläche für das statische Dichtungsteil bildet.

Um eine große Freizügigkeit bezüglich der Werkstoffauswahl für die elastischen Dichtungsteile zu erhalten, ist sowohl dem statischen Dichtungsteil als auch dem dynamischen Dichtungsring ein Versteifungsring zugeordnet. Diese Versteifungs­ ringe bewirken auch bei einem weichen Dichtungswerkstoff eine hohe Formstabi­ lität der Dichtungsteile, die konzentrisch und mit radialem Abstand zueinander angeordnet sind. Das druckdicht mit den Versteifungsringen verbundene Anlenk­ teil bildet zwischen den Dichtungsteilen einen Freiraum, so daß die radiale Aus­ lenkung des dynamischen Dichtungsteils mit geringen Radialkräften erfolgen kann. Vorteilhafterweise sind die Versteifungsringe als Metall- oder Kunst­ stoffringe ausgeführt, die abdichtend mit dem beispielsweise als Elastomerfalte ausgebildeten Anlenkteil verbunden sind. Die Verbindung der Elastomerfalte mit den Versteifungsringen kann durch die bekannten Verbindungsarten, wie Klebung oder Vulkanisation erfolgen. Gerade bei Schwingungsdämpfern oder Federbeinen ist eine Entlüftung der hydraulisch wirkenden Dämpfeinheit erforderlich. Dies wird sehr kostengünstig durch die einteilige Ausführung des Anlenkteils mit ei­ nem elastischen Ansatz erreicht, der mit einer Ventilfläche der Kolbenstangenfüh­ rung zusammenwirkend ein Rückschlagventil bildet. Für die Form oder die Anord­ nung dieses Rückschlagventils sind die verschiedensten Ausführungsmöglichkei­ ten denkbar, jedoch bedeutet die einteilige Kombination von Anlenkteil und Ven­ tilkörper eine wesentliche Montagevereinfachung.

Um axiale Auslenkungen der Dichtung in beiden Bewegungsrichtungen der Kol­ benstange in jeder Arbeitsphase mit Sicherheit zu vermeiden, ist dieses dynami­ sche Dichtungsteil mit geringem axialem Spiel in der Kolbenstangenführung ein­ gebaut. Dieses Spiel ist gerade so groß gewählt, daß die bei geringen Radialkräf­ ten erwünschte Radialbewegung des Dichtungsteils ohne nennenswertes Axial­ spiel erhalten bleibt. Die bei geringer radialer Auslenkung der Kolbenstange wirk­ same radiale Mitnahme des dynamischen Dichtungsteils wird durch eine mit sehr kleinem radialen Spiel zur Kolbenstangenfläche angeordnete Führung erreicht, welche zur guten Schmierung mit Vertiefungen zur Aufnahme von Schmiermittel versehen ist, um damit die Reibung so gering wie nur möglich zu halten. Als Ver­ tiefungen eignen sich die verschiedensten Formen, beispielsweise umlaufende oder unterbrochene Rillen, Taschen, Gitternetzmuster und ähnlich gestaltete Auf­ nahmen für Fett und/oder Öl. Mit einer solchen Schmiermittelaufnahme kann je­ der die Führung bildende Werkstoff versehen werden, d. h. die Führung kann vom Dichtungswerkstoff oder vom inneren Versteifungsring, der in diesem Fall aus einem harten und gleitgünstigen Kunststoff bestehen kann, oder von einem spe­ ziellen Führungsring gebildet sein.

Wird eine Ausführung der Staub- und Schmutzlippe aus einem härteren oder ei­ nem weicheren Werkstoff als die Dichtlippen gewünscht, so ist es von Vorteil, wenn die Staub- und Schmutzlippe einteilig mit der Anlagescheibe verbunden ist. Eine weitere Ausführungsform wird dadurch geschaffen, daß der dem statischen Dichtungsteil zugeordnete Versteifungsring von der Kolbenstangenführung gebil­ det ist und der dynamische Dichtungsteil aus einem durch Radialfalten gebildeten Anlenkteil besteht. Eine solche Ausführung eignet sich insbesondere für ein radial bewegliches dynamisches Dichtungsteil, das aus Polyurethan oder speziellen här­ teren Elastomeren hergestellt ist. Bei einer solchen Ausführung kann der dem Versteifungsring zugeordnete statische Dichtungsteil, das Anlenkteil und das dy­ namische Dichtungsteil aus Dichtungswerkstoff hergestellt sein, wodurch eine besonders kostengünstige Herstellung und Montage ermöglicht wird. Zur Begren­ zung der Axialbewegung des dynamischen Dichtelements legen sich einerseits die oberen Spitzen der Radialfalten gegen die von der Anschlagscheibe gebildete Anschlagfläche, während andererseits im Bereich der Dichtlippen eine mit der Kolbenstangenführung zusammenwirkende Anlage vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung aufgeführten Aus­ führungsformen für die Kolbenstangendichtung eines Schwingungsdämpfers oder Federbeins näher erläutert. Es zeigt in halbseitiger Schnittdarstellung:

Fig. 1 eine Kolbenstangendichtung mit einer Elastomerfalte und einem damit ver­ bundenen Ventilkörper für ein Rückschlagventil;

Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der die Elastomerfalte gleichzeitig den Ventil­ körper für ein Rückschlagventil bildet;

Fig. 3 eine Ausführungsvariante des in Fig. 1 gezeigten Ventilkörpers;

Fig. 4 eine Elastomerfalte, die in eine Aussparung der Anschlagscheibe ragt;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Schmutz- und Staublippe getrennt vom dynamischen Dichtungsteil angeordnet ist;

Fig. 6 ein dynamisches Dichtungsteil, wobei der innere Versteifungsring die Füh­ rung an der Kolbenstange bildet;

Fig. 7 eine Kolbenstangendichtung, die ein aus einem härteren Elastomer herge­ stelltes dynamisches Dichtungsteil aufweist.

Alle Figuren zeigen Kolbenstangendichtungen 4, die radial bewegliche dynami­ sche Dichtungsteile 6 aufweisen, um möglichst niedere Reibwerte zwischen einer in einer Kolbenstangenführung 3 geführten Kolbenstange 1 zu erhalten. Die leich­ te radiale Beweglichkeit des dynamischen Dichtungsteils 6 mit geringer von der Kolbenstange 1 ausgeübten Radialkraft wird durch ein elastisches Anlenkteil 12 geschaffen, das ein statisches Dichtungsteil 5 und das dynamische Dichtungsteil 6 druckdicht und leicht beweglich verbindet. Über das statische Dichtungsteil 5 wird der Innenraum eines Behälters 2 zur Kolbenstangenführung 3 hin abgedich­ tet, wobei ein am äußeren Versteifungsring 8 des Dichtungsteils 5 anvulkanisier­ ter Elastomerwulst axial verspannt wird und so gegen die Dichtflächen der Kol­ benstangenführung und der Innenwand des Behälters gepreßt wird. Diese axiale Verspannung erfolgt beispielsweise durch Umbördeln oder partielles Eindrücken des oberen Endes des Behälters 2 und überträgt die axiale Einspannkraft über eine Anschlagscheibe 7.

Die Fig. 1 zeigt ein radial leicht bewegliches Anlenkteil 12, das durch eine Ela­ stomerfalte 15 gebildet ist, die sowohl an dem außen eingespannten äußeren Versteifungsring 8 als auch an einem inneren Versteifungsring 9 anvulkanisiert ist und in eine Aussparung 18 der Kolbenstangenführung 3 ragt. Von der Elastomer­ falte 15 wird ein Freiraum 13 gebildet, dessen radiale Ausdehnung größer ist als die maximal auftretende Auslenkung der Kolbenstange 1, die durch Biegung in­ folge von Radführungskräften und durch das Spiel in der Kolbenstangenführung 3 entsteht. Am inneren Versteifungsring 9 sind auch die Dichtlippen 10 die Füh­ rung 11 und die Schmutz- und Staublippe 17 anvulkanisiert. Zwischen der Füh­ rung 11 und den Dichtlippen 10 und der Schmutz- und Staublippe 17 ist Schmiermittel eingefüllt, so daß die Führung 11 nicht trocken laufen kann. Diese Führung 11 ist mit geringem Spiel zur Oberfläche der Kolbenstange 1 ausgeführt und kann zum guten Gleiten auf der Kolbenstange Vertiefungen in Form von Ril­ len, Taschen, Gitternetzmuster oder ähnliche Aufnahmen für Schmiermittel auf­ weisen. Die Anschlagscheibe 7 bildet mit einer Anschlagfläche eine Einspannflä­ che für das statische Dichtungsteil 5 und eine Anlage für das dynamische Dich­ tungsteil 6, das auch mit geringem Spiel mit einer an der Kolbenstangenführung 3 angebrachten Anlagefläche 16 zusammenwirkt, wodurch das dynamische Dichtungsteil 6 mit geringen Radialkräften verschiebbar ist. Je nach Elastizität des Dichtungswerkstoffs können die Dichtlippen 10 von einer Wurmfeder radial beaufschlagt sein. Bei Schwingungsdämpfern und Federbeinen ist zur Entlüftung des oberen Arbeitsraumes ein Rückschlagventil vorgesehen, dessen elastischer Ventilkörper durch einen einteilig mit dem Anlenkteil 12 ausgeführten elastischen zylindrischen Ansatz 14 gebildet ist, der auf eine an der Kolbenstangenführung 3 angeordneten Ventilfläche einwirkt.

Auslenkungen der Kolbenstange 1 werden über die Führung 11 aufgenommen und bewirken die Radialverschiebung des dynamischen Dichtungsteils 6, wobei der von der Elastomerfalte 15 begrenzte Freiraum 13 auch die größte Auslenkung der Kolbenstange 1 aufnehmen kann. Die Dichtlippen 10 liegen nur mit geringer Radialkraft an der Kolbenstange 1 an, denn der Lippendurchmesser kann größer gewählt werden, da die Dichtlippen kaum noch radiale Auslenkungen der Kolben­ stange 1 aufnehmen müssen. Der mit einer solchen Kolbenstangendichtung 4 erzielte gleichmäßig niedere Anpreßdruck der Dichtlippen 10 an der Kolbenstange 1 führt zu der gewünschten niedrigen Dichtungsreibung.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 im we­ sentlichen durch die Ausbildung der Elastomerfalte 15. Diese ist in Achsrichtung wesentlich länger ausgebildet und wirkt mit der direkt auf die von der Kolben­ stangenführung 3 Ventilfläche. Aufgrund der Quellung der elastischen Teile im heißen Öl kann sich bei dieser Rückschlagventilkonsruktion die Elastomerfalte beidseitig in der Aussparung 18 der Kolbenstangenführung 3 abstützen, so daß eine eventuelle Quellung eher die Vorspannung des Rückschlagventils erhöht. Um der Quellung des in Fig. 1 gezeigten und mit der Elastomerfalte 15 verbundenen zylindrischen Ansatzes 14 entgegenzuwirken, wird auf diesen eine Wurmfeder aufgebracht, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Entsprechend Fig. 4 ist die den äußeren Versteifungsring 8 mit dem inneren Ver­ steifungsring 9 verbindende Elastomerfalte 15 nach außen gerichtet, wobei die Anschlagscheibe 7 die Aussparung 18 bildet. Auch bei dieser Ausführungsform ist der von der Elastomerfalte 15 gebildete Freiraum 13 in seiner radialen Aus­ dehnung größer als die maximal mögliche Radialauslenkung der Kolbenstange 1.

Um einen größeren Raum zur Aufnahme von Schmiermittel für die Kolbenstan­ gendichtung zu bekommen, ist, wie in Fig. 5 gezeigt, die Staub- und Schmutzlip­ pe 17 fest mit der Anschlagscheibe 7 verbunden. Dagegen ist der über die Ela­ stomerfalte 15 am äußeren Versteifungsring 8 angelenkte innere Versteifungsring 9 mit den Dichtlippen 10 und der Führung 11 versehen. Dies ist besonders vor­ teilhaft, wenn die Staub- und Schmutzlippe 17 und die Dichtlippen 10 aus ver­ schiedenen Elastomeren zu fertigen sind.

Eine weitere Ausführungsform der radial beweglichen Kolbenstangendichtung 4 ist in Fig. 6 dargestellt. Das dynamische Dichtungsteil 6 besitzt einen inneren Versteifungsring 9, der beispielsweise aus einem harten Werkstoff mit gleitgün­ stigen Eigenschaften, beispielsweise Teflon, besteht und direkt die Führung 11 bildet, die mit Vertiefungen versehen sein kann, damit eine gute Schmierung ge­ währleistet ist. Auch bei dieser Ausführung des dynamischen Dichtungsteils 6 kann im Bedarfsfall die Schmutz- und Staublippe 17 aus einem anderen Elasto­ mer bestehen als die Dichtlippen 10.

Die Fig. 7 zeigt eine Kolbenstangendichtung 4, bei der das statisch Dichtungsteil 5 mit einem von der Kolbenstangenführung 3 gebildeten äußeren Versteifungs­ ring 8 zusammenwirkt. Eine solche Ausführung eignet sich insbesondere für aus härteren Elastomeren hergestellten Dichtelementen, die einteilig ausgeführt sind und aus einem statischen Dichtwulst, einem dynamischen Dichtungsteil 6 und einem aus Radialfalten 19 gebildeten Anlenkteil bestehen. Zur axialen Abstützung nach außen dient die Anlagefläche der Anschlagscheibe 7 für die oberen Spitzen der Radialfalten 19, dagegen wird die innere axiale Anlage von der Anlagefläche 16 gebildet, die auf das untere Ende des die Schmutz- und Staublippe 17, die Führung 11 und die Dichtlippen tragenden dynamischen Dichtungsteils 6 ein­ wirkt. Bedingt durch die freie radiale Beweglichkeit des dynamischen Dichtungs­ teils 6, wird auch mit dieser Ausführungsform eine reibungsarm wirkende Kol­ benstangendichtung geschaffen.

Claims (12)

1. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung für Schwingungsdämpfer, Feder­ beine oder andere hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Ag­ gregate, wobei eine Kolbenstange in einer in einem Behälter befindlichen Kol­ benstangenführung mit Radialspiel axial beweglich geführt und durch die Kol­ benstangendichtung nach außen abgedichtet ist, die bezüglich der Kolben­ stangenführung und dem Behälter axial festgelegte Kolbenstangendichtung weist ein Versteifungsteil auf, besitzt behälterseitig ein statisches Dichtungs­ teil und kolbenstangenseitig ein dynamisches Dichtungsteil, das über eine Führung und über wenigstens eine Dichtlippe mit der Kolbenstange zusam­ menwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dem statischen Dich­ tungsteil (5) ein Versteifungsring (8) zugeordnet ist, das statische Dichtungs­ teil (5) mit dem dynamischen Dichtungsteil (6) mit einem radial leicht aus­ lenkbaren Anlenkteil (12) druckdicht verbunden ist und die Dichtungsteile (5, 6) an einer axial wirkenden gemeinsamen Anschlagfläche (Anschlagscheibe 7) anliegend angeordnet sind.

2. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem statischen Dichtungsteil (5) ein äußerer Versteifungs­ ring (8) und dem dynamischen Dichtungsteil (6) ein innerer Versteifungsring (9) zugeordnet ist und diese Versteifungsringe (8, 9) konzentrisch und mit radialem Abstand zueinander angeordnet sind und unter Bildung eines radia­ len Freiraums (13) druckdicht mit einem Anlenkteil (12) verbunden sind.

3. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsringe (8, 9) als Metall- oder Kunststoffringe ausgebildet sind und das Anlenkteil (12) durch eine an die Metall- oder Kunststoffringe anvulkanisierte oder angeklebte Elastomerfalte (15) gebildet ist, die in eine Aussparung (18) ragt.

4. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlenkteil (12) einen zylindrischen Ansatz (14) aufweist, der an einer von der Kolbenstangenführung (3) gebildeten Ventilfläche anliegt und ein als Entlüftungsventil wirkendes Rückschlagventil bildet.

5. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elastomerfalte (15) mit einer Ventilfläche der Kolbenstangenführung (3) zusammenwirkend ein Rückschlagventil bildet.

6. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Dichtungsteil (6) mit geringem axialem Spiel zu einer Anlagefläche (16) der Kolbenstangenführung (3) ange­ ordnet ist, während das statische Dichtungsteil (5) axial fest zwischen der Anschlagscheibe (7) und einer Befestigungsfläche der Kolbenstangenführung (3) eingespannt ist.

7. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Kolbenstange (1) zu­ sammenwirkende Führung (11) des dynamischen Dichtungsteils (6) Rillen, Taschen oder ähnliche Vertiefungen zur Aufnahme von Schmiermittel auf­ weist.

8. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (11) des dynamischen Dichtungsteils (6) vom inneren Versteifungsring (9) gebildet ist.

9. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagscheibe (7) mit einer mit der Kolbenstange (1) zusammenwirkenden Schmutz- und Staublippe (17) verbunden ist.

10. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der dem statischen Dichtungsteil (5) zugeordnete Verstei­ fungsring (8) von der Kolbenstangenführung (3) gebildet ist und der dynami­ sche Dichtungsteil (6) mit dem statischen Dichtungsteil (5) durch ein Radial­ falten (19) aufweisendes Anlenkteil verbunden ist.

11. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Radialfalten (19) in Achsrichtung nach oben mit den oberen Spitzen an der von der Anschlagscheibe (7) gebildeten Anschlagfläche anliegend angeordnet sind.

12. Radial bewegliche Kolbenstangendichtung nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Abstützung des dynamischen Dich­ tungsteils (6) im Bereich der Dichtlippen (10) eine senkrecht zur Achse ver­ laufende Fläche mit einer Anlagefläche (16) der Kolbenstangenführung zu­ sammenwirkend angeordnet ist.