DE202020104630U1

DE202020104630U1 - Tandemdichtungssystem und hydraulischer Stellantrieb

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Publication number: DE202020104630U1
Application number: DE202020104630.6U
Authority: DE
Original assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Current assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2030-08-12

Abstract

Tandemdichtungssystem (1) für einen hydraulischen Stellantrieb (3) mit einem Arbeitsstellteil (7), das in einem Hydraulikgehäuse (5) entlang einer axialen Stellrichtung (S) geführt und/oder bezüglich einer Rotationsstellachse gelagert ist, zum Betätigen eines Stellglieds, umfassend:- zwei Dichtungen (11, 13) zum Abdichten des Arbeitsstellteils (7) gegenüber dem Hydraulikgehäuse; und- einen zwischen den Dichtungen (11, 13) angeordneten Flüssigkeitszwischenspeicher (31), der mit der in dem Hydraulikgehäuse (5) untergebrachten Arbeitsflüssigkeit derart fluidal in Verbindung steht, dass in einem vorbestimmten Betriebszustand Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen (11, 13) vorbei in den Flüssigkeitszwischenspeicher (31) gelangt oder diesen verlässt, und quer zur Rotationsstellachse und/oder axialen Stellrichtung (S) eine größere Bemessung aufweist als die Dichtungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tandemdichtungssystem für einen hydraulischen Stellantrieb zum Betätigen eines Stellglieds. Ferner stellt die vorliegende Erfindung einen hydraulischen Stellantrieb bereit.
Insbesondere bei hydraulischen Stellantrieben mit geschlossenen Hydraulikkreisläufen tritt Leckage über die Lebensdauer auf und es kommt zu temperaturbedingten Änderungen des Arbeitsflüssigkeitvolumens während des Betriebs. Leckage sowie durch Temperaturschwankungen verursachte Volumenänderungen der Arbeitsflüssigkeit bewirken Änderungen des Arbeitsfluiddrucks in den Arbeitsfluidkammern des hydraulischen Stellantriebs, so dass es zu veränderten Stellbedingungen innerhalb des hydraulischen Stellantriebs kommt, wodurch die Stellgüte des hydraulischen Stellantriebs verringert wird. Des Weiteren führen die genannten Effekte zu erhöhtem Wartungsbedarf. Im Stand der Technik ist es bekannt, zusätzliche Hydraulikspeicher einzusetzen, um diese Effekte auszugleichen. An den Hydraulikspeichern haben sich jedoch die erhöhte Komplexität des hydraulischen Stellantriebs sowie die damit verbundenen Mehrkosten als nachteilig erwiesen. Des Weiteren sind die zusätzlichen Hydraulikspeicher nicht in Einklang mit den Forderungen nach immer kompakteren hydraulischen Stellantrieben zu bringen.
Beispielsweise offenbart US 3,860,098 einen hydraulischen Antrieb mit einem Zylinder und einem darin geführten Kolben. Zur Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Zylinder ist eine Dichtungsanordnung bestehend aus zwei Paaren umlaufender Dichtringe vorgesehen. Die Paare von Dichtringen sind in einem deutlichen Axialabstand zueinander angeordnet, so dass sich zwischen den Dichtungspaaren ein Flüssigkeitsreservoir in Axialrichtung erstreckt, das Leckage-Arbeitsflüssigkeit auffangen soll. Die Dichtungsanordnung erfordert allerdings eine signifikante Axialabmessung, um ein wirkungsvolles Flüssigkeitsreservoir bereitstellen zu können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu verbessern, insbesondere ein Tandemdichtungssystem für einen hydraulischen Stellantrieb bereitzustellen, das eine verbesserte Stellgüte des Stellantriebs gewährleistet und/oder einen kompakten Aufbau besitzt sowie einen kompakten Aufbau des hydraulischen Stellantriebs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Danach ist ein Tandemdichtungssystem für einen hydraulischen, insbesondere doppeltwirkenden, Stellantrieb bereitgestellt. Der Stellantrieb weist ein Arbeitsstellteil auf, das in einem Hydraulikgehäuse entlang einer axialen Stellrichtung geführt und/oder bezüglich einer Rotationsstellachse gelagert ist, und ist dazu vorgesehen, ein Stellglied zu betätigen. Als Stellglieder können beispielsweise Klappen oder Ventilglieder betätigt werden. Beispielsweise dient der Stellantrieb dazu, eine Turbolader-Wastegate-Klappe, eine Abgasklappe oder eine Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug zu betätigen, beispielsweise um im Rahmen einer Motoraufladung die Motorleistung des Verbrennungsmotors zu steigern, indem Motorabgase durch Betreiben des Stellantriebs unter Betätigung des Stellglieds gesteuert werden können. Des Weiteren kann der Stellantrieb beispielweise an einen Variablen-Turbinengeometrie-Lader gekoppelt sein, dessen Leitschaufeln mittels des Stellantriebs betätigt werden können. Ferner kann gedacht sein, den Stellantrieb an einer Abgasanlage zum Regeln eines Abgasstroms zu verwenden, wobei das Stellglied dem Abgasstrom zugeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den Abgasstrom zu steuern. Als weiteres beispielhaftes Einsatzgebiet wurde herausgefunden, dass der Stellantrieb als sogenannter Kupplungsaktuator eingesetzt werden kann, wobei der Stellantrieb an einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs zum automatischen Betätigen der Kupplung angeschlossen sein kann. Des Weiteren kann der Stellantrieb an eine Luft-Ansauganlage eines Kraftfahrzeug-Motors gekoppelt sein, um dessen Drosselklappe zu betätigen, insbesondere den Ansaugluftstrom durch die Drosselklappe vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Pedalstellung des Kraftfahrzeugs zu steuern, vorzugsweise zu regeln. Bei dem Stellantrieb handelt es sich um einen hydraulischen Stellantrieb, bei dem die Kraft zum Betätigen des Stellglieds, also die Hilfsenergie, mittels eines hydraulischen Arbeitsmediums, also einer Arbeitsflüssigkeit, bereitgestellt wird. Als doppeltwirkender Stellantrieb wird im Allgemeinen ein Stellantrieb verstanden, der zwei, vorzugsweise entgegengesetzt orientierte, Kraftübertragungsrichtungen besitzt, so dass eine von dem Stellantrieb generierte Stellantriebskraft zum Verrichten von Arbeit in zwei Kraftübertragungsrichtungen verwendet werden kann. Als Arbeitsflüssigkeit wird beispielsweise Hydrauliköl, Ionische Flüssigkeit oder Silikonöl, eingesetzt, die sich insbesondere durch eine geringe temperaturabhängige Volumenänderung kennzeichnet, was sich vor allem vorteilhaft auf den Betrieb des Stellantriebs mit einem geschlossenen Hydrauliksystem auswirkt.
Der Stellantrieb umfasst ein mit dem Stellglied gekoppeltes und in einem Hydraulikgehäuse geführtes Arbeitsstellteil. Beispielsweise ist das Arbeitsstellteil beweglich in dem Hydraulikgehäuse geführt, vorzugsweise in einer translatorischen Verlagerungsrichtung oder einer rotatorischen Schwenkverlagerungsrichtung, wobei die Verlagerung des Arbeitsstellteils in einer Richtung (Öffnungsrichtung) zum Öffnen des Stellglieds und damit zum Ermöglichen einer Fluidströmung durch das Stellglied betätigbar ist und in einer der Öffnungsrichtung gegengesetzten Richtung (Schließrichtung) betätigbar ist, um das Stellglied zu schließen und eine Strömung durch das Stellglied hindurch zu unterbinden. Im Falle eines translatorisch bewegbaren Arbeitsstellteils kann dieses als Arbeitskolben, vereinfacht als Kolben, oder Arbeitsstellstange bezeichnet werden. Bei der rotatorischen Stellbewegung kann das Arbeitsstellteil als Dreharbeits- oder Schwenkarbeitskolben, vereinfacht als Drehkolben, bezeichnet werden. Es sei jedenfalls klar, dass das erfindungsgemäße Tandemdichtungssystem sowohl bei einem hydraulischen Stellantrieb mit einem entlang einer axialen Stellrichtung geführten Arbeitskolben als auch bei einem hydraulischen Stellantrieb mit einem bezüglich einer Rotationsachse rotatorisch gelagerten Drehkolben eingesetzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Tandemdichtungssystem umfasst zwei Dichtungen, die jeweils dazu eingerichtet sind, das Arbeitsstellteil gegenüber dem Hydraulikgehäuse abzudichten. Die zwei Dichtungen können in einem Abstand zueinander bezüglich der axialen Stellrichtung bzw. der Rotationsstellachse angeordnet sein und/oder ein Dichtungspaar bilden. Das Arbeitsstellteil des Stellantriebs erstreckt sich in der Regel durch einen von dem Hydraulikgehäuse begrenzten Flüssigkeitsraum in Richtung einer Umgebung des Hydraulikgehäuses, wobei das Arbeitsstellteil in dem Hydraulikgehäuse axial beweglich und/oder rotatorisch drehbar gelagert ist und mittels der zwei Dichtungen gegenüber dem Hydraulikgehäuse abgedichtet ist. Insofern ist eine der beiden Dichtungen nahe der Umgebung angeordnet, im Folgenden kurz als umgebungsseitig bezeichnet, und die andere der beiden Dichtungen nahe der Arbeitsflüssigkeit bzw. dem Flüssigkeitsraum angeordnet, im Folgenden kurz als systemseitig bezeichnet. Die Dichtungen können beispielsweise als Ringdichtungen realisiert und/oder wenigstens teilweise aus einem Elastomer hergestellt sein. Die Dichtungen können ferner als Wellendichtringe ausgebildet sein. Beispielsweise umfassen die Wellendichtringe ein Vorspannteil, wie eine Spannfeder, beispielsweise aus Metall, mittels welcher die Dichtwirkung und/oder die radiale Anpresskraft des Wellendichtrings auf das Hydraulikgehäuse und/oder das Arbeitsstellteil eingestellt werden kann, beispielsweise in Abhängigkeit der Dimensionierung, des Materials und/oder des Federkennwerts der Spannfeder.
Das erfindungsgemäße Tandemdichtungssystem umfasst ferner einen zwischen den Dichtungen angeordneten Flüssigkeitszwischenspeicher, der mit der in dem Hydraulikgehäuse untergebrachten Arbeitsflüssigkeit derart fluidal in Verbindung steht, dass in einem vorbestimmten Betriebszustand Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen vorbei in den Flüssigkeitszwischenspeicher gelangt oder diesen verlässt. Beispielsweise kann Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen vorbei vom Hydraulikgehäuse in den Flüssigkeitszwischenspeicher gelangen oder von dem Flüssigkeitszwischenspeicher in das Hydraulikgehäuse gelangen. Der vorbestimmte Betriebszustand kann beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, dass Leckage auftritt, infolgedessen Flüssigkeit aus dem Hydraulikgehäuse in den Flüssigkeitszwischenspeicher austreten kann. Wenn Leckage nach außen hin auftritt, kann infolgedessen Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitszwischenspeicher in das Hydraulikgehäuse als Ausgleich fließen. Des Weiteren kann der vorbestimmte Betriebszustand abhängig von der Temperatur und/oder dem Volumen, insbesondere von einer Temperaturänderung und/oder einer Volumenänderung, der in dem Hydraulikgehäuse angeordneten Arbeitsflüssigkeit sein. Beispielsweise können Volumen- und/oder Temperaturschwellenwerte vorgegeben sein, bei deren Unter- und/oder Überschreiten Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Hydraulikgehäuse und dem Flüssigkeitszwischenspeicher stattfindet.
Der Flüssigkeitszwischenspeicher weist quer zur Rotationsstellachse und/oder zur axialen Stellrichtung des Arbeitsstellteils eine größere Bemessung auf als die Dichtungen, insbesondere eine größere Radialabmessung. Auf diese Weise ist ein besonders kompaktes Tandemdichtungssystem für einen hydraulischen Stellantrieb geschaffen, das auch eine verbesserte Stellgüte besitzt. Denn das erfindungsgemäße Dichtungssystem ist dazu in der Lage, in vorbestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei entstehenden Volumen- und/oder Druckspitzen, welche die Arbeitsweise des hydraulischen Stellantriebs beeinträchtigen und damit dessen Stellgüte reduzieren, den Flüssigkeitszwischenspeicher als Ausgleichsvolumen für die Arbeitsflüssigkeit zu nutzen und bei Bedarf die zwischengespeicherte Arbeitsflüssigkeit wieder dem Hydraulikgehäuse zuzuführen. Durch die Anordnung des Flüssigkeitszwischenspeichers zwischen den axial zueinander beabstandeten Dichtungen kann vor allem der axiale Bauraumbedarf des Tandemdichtungssystems und damit auch des Stellantriebs kompakt gehalten werden. Ferner ist insbesondere durch das Vorsehen der in Bezug auf die Radialabmessung der Dichtungen erhöhten Radialabmessung des Flüssigkeitszwischenspeichers gewährleistet, dass dieser dazu in der Lage ist, ausreichend Arbeitsflüssigkeit aufzunehmen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass es von Vorteil ist, wenn der Flüssigkeitszwischenspeicher wenigstens 1% und/oder höchstens 20% eines Gesamt-Arbeitsflüssigkeitsvolumens aufnehmen kann. Das erfindungsgemäße Tandemdichtungssystem kann in einer beispielhaften Weiterbildung derart ausgebildet sein, dass ein in dem Flüssigkeitszwischenspeicher herrschender Druck Pz größer oder gleich dem Umgebungsdruck Pu ist, wobei ein in dem Hydraulikgehäuse herrschender systemseitiger Druck Ps größer als der Druck in dem Flüssigkeitszwischenspeicher Pz ist. Beispielsweise liegt ein vorbestimmter Betriebszustand, indem ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Flüssigkeitszwischenspeicher und Hydraulikgehäuse zugelassen ist, dann vor, wenn Arbeitsflüssigkeitstemperaturen von 100°C überschritten werden, insbesondere bei einer Arbeitsflüssigkeitstemperaturschwelle von bis zu 160°C, und/oder ab einem Differenzdruck zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher von 3 bar, insbesondere ab 4,5 bar, und/oder ab einer Volumenausdehnung der Arbeitsflüssigkeit in dem Hydraulikgehäuse von 1%, vorzugsweise von bis zu 10%.
Gemäß einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Dichtungen derart eingestellt, dass bei einer temperatur- und/oder leckagebedingten Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit, ein Teil der in dem Hydraulikgehäuse untergebrachten Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen vorbei in den Flüssigkeitszwischenspeicher gelangt oder diesen verlässt. Beispielsweise kann Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen vorbei vom Hydraulikgehäuse in den Flüssigkeitszwischenspeicher gelangen oder von dem Flüssigkeitszwischenspeicher in das Hydraulikgehäuse gelangen. Auf diese Weise ermöglicht es das Tandemdichtungssystem, dass Temperaturschwankungen und/oder Volumenänderungen, insbesondere temperaturbedingte Volumenänderungen, der Arbeitsflüssigkeit, die Auswirkungen auf die Stellgüte des Stellantriebs hätten, ausgeglichen werden können, wodurch die Stellbedingungen konstant gehalten werden können. Insbesondere kann gewährleistet werden, dass vor allem bei einem hydraulisch doppeltwirkenden Stellantrieb die Stellkräfte und/oder Verstellgeschwindigkeiten in beiden Stellrichtungen im Wesentlichen gleich und/oder konstant bleiben.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems ist der Flüssigkeitsspeicher derart bemessen, dass er wenigstens 1% und/oder höchstens 20%, insbesondere wenigstens 5% und/oder höchstens 15% oder etwa 8%, eines Gesamt-Arbeitsflüssigkeitsvolumens aufnehmen kann. Es wurde herausgefunden, dass bei einer derartigen Bemessung bzw. Dimensionierung des Flüssigkeitszwischenspeichers zum einen noch gewährleistet ist, dass eine kompakte Bauweise des Tandemdichtungssystems und vor allem des hydraulischen Stellantriebs realisiert ist und gleichzeitig die positiven Effekte in Bezug auf die erhöhte Stellgüte aufgrund des Bereitstellens eines ausreichenden Flüssigkeits-Ausgleichsvolumens erzielt werden können.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Bemessung des Flüssigkeitszwischenspeichers quer zur Rotationsstellachse und/oder zur axialen Stellrichtung, insbesondere eine radiale Tiefe, im Bereich von 1/3 bis 1/4 einer Axialabmessung in Richtung der axialen Stellrichtung und/oder der Rotationsstellachse des Flüssigkeitszwischenspeichers. Durch das derartige Verhältnis aus Radial- zu Axialabmessung wird die Kompaktheit des Tandemdichtungssystems und des hydraulischen Stellantriebs verstärkt.
In einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems ist der Flüssigkeitszwischenspeicher durch eine bezüglich der axialen Stellrichtung und/oder Rotationsstellrichtung umlaufende, in dem Hydraulikgehäuse angeordnete, insbesondere in das Hydraulikgehäuse eingebrachte, Ringnut gebildet. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass ein Durchmesser des Flüssigkeitszwischenspeichers, insbesondere der Ringnut, in etwa 50% bis 100% seiner Axialabmessung entspricht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Tandemdichtungssystem für einen hydraulischen Stellantrieb, insbesondere einen doppeltwirkenden hydraulischen Stellantrieb, bereitgestellt. Der Stellantrieb weist ein Arbeitsstellteil auf, das in einem Hydraulikgehäuse entlang einer axialen Stellrichtung geführt und/oder bezüglich einer Rotationsstellachse gelagert ist, und ist dazu vorgesehen, ein Stellglied zu betätigen. Als Stellglieder können beispielsweise Klappen oder Ventilglieder betätigt werden. Beispielsweise dient der Stellantrieb dazu, eine Turbolader-Wastegate-Klappe, eine Abgasklappe oder eine Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug zu betätigen, beispielsweise um im Rahmen einer Motoraufladung die Motorleistung des Verbrennungsmotors zu steigern, indem Motorabgase durch Betreiben des Stellantriebs unter Betätigung des Stellglieds gesteuert werden können. Des Weiteren kann der Stellantrieb beispielweise an einen Variablen-Turbinengeometrie-Lader gekoppelt sein, dessen Leitschaufeln mittels des Stellantriebs betätigt werden können. Ferner kann gedacht sein, den Stellantrieb an einer Abgasanlage zum Regeln eines Abgasstroms zu verwenden, wobei das Stellglied dem Abgasstrom zugeordnet ist und dazu eingerichtet ist, den Abgasstrom zu steuern. Als weiteres beispielhaftes Einsatzgebiet wurde herausgefunden, dass der Stellantrieb als sogenannter Kupplungsaktuator eingesetzt werden kann, wobei der Stellantrieb an einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs zum automatischen Betätigen der Kupplung angeschlossen sein kann. Des Weiteren kann der Stellantrieb an eine Luft-Ansauganlage eines Kraftfahrzeug-Motors gekoppelt sein, um dessen Drosselklappe zu betätigen, insbesondere den Ansaugluftstrom durch die Drosselklappe vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Pedalstellung des Kraftfahrzeugs zu steuern, vorzugsweise zu regeln. Bei dem Stellantrieb handelt es sich um einen hydraulischen Stellantrieb, bei dem die Kraft zum Betätigen des Stellglieds, also die Hilfsenergie, mittels eines hydraulischen Arbeitsmediums, also einer Arbeitsflüssigkeit, bereitgestellt wird. Als doppeltwirkender Stellantrieb wird im Allgemeinen ein Stellantrieb verstanden, der zwei, vorzugsweise entgegengesetzt orientierte, Kraftübertragungsrichtungen besitzt, so dass eine von dem Stellantrieb generierte Stellantriebskraft zum Verrichten von Arbeit in zwei Kraftübertragungsrichtungen verwendet werden kann. Als Arbeitsflüssigkeit wird beispielsweise ionische Flüssigkeit eingesetzt, die sich insbesondere durch eine geringe temperaturabhängige Volumenänderung kennzeichnet, was sich vorteilhaft auf den Betrieb des Stellantriebs auswirkt.
Der Stellantrieb umfasst ein mit dem Stellglied gekoppeltes und in einem Hydraulikgehäuse geführtes Arbeitsstellteil. Beispielsweise ist das Arbeitsstellteil beweglich in dem Hydraulikgehäuse geführt, vorzugsweise in einer translatorischen Verlagerungsrichtung oder einer rotatorischen Schwenkverlagerungsrichtung, wobei die Verlagerung des Arbeitsstellteils in einer Richtung (Öffnungsrichtung) zum Öffnen des Stellglieds und damit zum Ermöglichen einer Fluidströmung durch das Stellglied betätigbar ist und in einer der Öffnungsrichtung gegengesetzten Richtung (Schließrichtung) betätigbar ist, um das Stellglied zu schließen und eine Strömung durch das Stellglied hindurch zu unterbinden. Im Falle eines translatorisch bewegbaren Arbeitsstellteils kann dieses als Arbeitskolben, vereinfacht als Kolben, oder Arbeitsstellstange bezeichnet werden. Bei der rotatorischen Stellbewegung kann das Arbeitsstellteil als Dreharbeits- oder Schwenkarbeitskolben, vereinfacht als Drehkolben, bezeichnet werden. Es sei jedenfalls klar, dass das erfindungsgemäße Tandemdichtungssystem sowohl bei einem hydraulischen Stellantrieb mit einem entlang einer axialen Stellrichtung geführten Arbeitskolben als auch bei einem hydraulischen Stellantrieb mit einem bezüglich einer Rotationsachse rotatorisch gelagerten Drehkolben eingesetzt werden kann.
Das Tandemdichtungssystem gemäß dem zweiten Aspekt umfasst zwei Dichtungen, die jeweils dazu eingerichtet sind, das Arbeitsstellteil gegenüber dem Hydraulikgehäuse abzudichten. Die zwei Dichtungen können in einem Abstand zueinander bezüglich der axialen Stellrichtung bzw. der Rotationsstellachse angeordnet sein und/oder ein Dichtungspaar bilden. Das Arbeitsstellteil des Stellantriebs erstreckt sich in der Regel durch einen von dem Hydraulikgehäuse begrenzten Flüssigkeitsraum in Richtung einer Umgebung des Hydraulikgehäuses, wobei das Arbeitsstellteil in dem Hydraulikgehäuse axial beweglich und/oder rotatorisch drehbar gelagert ist und mittels der zwei Dichtungen gegenüber dem Hydraulikgehäuse abgedichtet ist. Insofern ist eine der beiden Dichtungen nahe der Umgebung angeordnet, im Folgenden kurz als umgebungsseitig bezeichnet, und die andere der beiden Dichtungen nahe der Arbeitsflüssigkeit bzw. dem Flüssigkeitsraum angeordnet, im Folgenden kurz als systemseitig bezeichnet. Die Dichtungen können beispielsweise als Ringdichtungen realisiert und/oder wenigstens teilweise aus einem Elastomer hergestellt sein. Die Dichtungen können ferner als Wellendichtringe ausgebildet sein. Beispielsweise umfassen die Wellendichtringe ein Vorspannteil, wie eine Spannfeder, beispielsweise aus Metall, mittels welcher die Dichtwirkung und/oder die radiale Anpresskraft des Wellendichtrings auf das Hydraulikgehäuse und/oder das Arbeitsstellteil eingestellt werden kann, beispielsweise in Abhängigkeit der Dimensionierung, des Materials und/oder des Federkennwerts der Spannfeder.
Das erfindungsgemäße Tandemdichtungssystem umfasst ferner einen zwischen den Dichtungen angeordneten Flüssigkeitszwischenspeicher. Dieser kann als Flüssigkeits-Ausgleichsvolumen für die in dem Hydraulikgehäuse untergebrachte Arbeitsflüssigkeit dienen und beispielsweise bei einer temperatur- und/oder leckagebedingten Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit aktiv werden.
Gemäß dem zweiten unabhängigen Aspekt sind die Dichtungen derart eingestellt, dass bei einer temperaturbedingten Ausdehnung der Arbeitsflüssigkeit ein Teil der in dem Hydraulikgehäuse untergebrachten Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen vorbei in den Flüssigkeitszwischenspeicher gelangt oder diesen verlässt. Beispielsweise kann Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen vorbei vom Hydraulikgehäuse in den Flüssigkeitszwischenspeicher gelangen oder von dem Flüssigkeitszwischenspeicher in das Hydraulikgehäuse gelangen. Dadurch ist es möglich, temperaturbedingte Volumenänderungen der Arbeitsflüssigkeit auszugleichen, wodurch die Stellgüte des hydraulischen Stellantriebs erhöht wird. Resultierende Volumen- und/oder Druckspitzen können dadurch ausgeglichen werden, ohne dass die Stellgüte des Stellantriebs beeinträchtigt wird. Der zwischen den Dichtungen angeordnete Flüssigkeitszwischenspeicher gewährleistet eine kompakte, insbesondere in Bezug auf die axiale Stellrichtung und/oder Rotationsstellrichtung, Bauweise des Tandemdichtungssystems und insbesondere des hydraulischen Stellantriebs. Beispielsweise sind die Dichtungen derart eingestellt, dass bei einem temperaturbedingten Zusammenziehen der Arbeitsflüssigkeit, insbesondere bei niedrigen Temperaturen im Bereich von -40°C bis o°C, ein Teil der in dem Flüssigkeitszwischenspeicher untergebrachten Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen vorbei in das Hydraulikgehäuse gelangt.
In einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems ist ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher ab einer Arbeitsflüssigkeitstemperatur von 100°C, insbesondere bis zu einer Arbeitsflüssigkeitstemperatur von 160°C, oder bei niedrigen Temperaturen im Bereich von -40°C bis o°C zugelassen. In dem niedrigen Temperaturbereich zieht sich hierbei das Arbeitsflüssigkeitsvolumen zusammen und zusätzliche Arbeitsflüssigkeit gelangt von dem Flüssigkeitszwischenspeicher in das Hydraulikgehäuse. Ferner kann ein Flüssigkeitsaustausch ab einem Differenzdruck zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher von 3 bar, insbesondere ab 4,5 bar, zugelassen sein. Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher ab einer Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit in dem Hydraulikgehäuse von 1%, insbesondere von bis zu 10%, zugelassen sein. Die angegebenen Temperatur-, Druck- bzw. Volumenschwellenwerte haben sich als geeignet in Bezug auf gattungsgemäße hydraulische Stellantriebe herausgestellt, die im Wesentlichen so ausgelegt sind, dass in einem normalen Betriebszustand, das heißt, wenn kein Flüssigkeitsaustausch zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher zugelassen sein soll und die Dichtungen somit das Hydraulikgehäuse gegenüber deren Arbeitsstellteil abdichten, in dem Flüssigkeitszwischenspeicher mindestens Umgebungsdruck vorliegt und der systemseitige Druck größer ist als der Druck im Flüssigkeitszwischenspeicher. Beispielsweise liegt der systemseitige Druck innerhalb des Hydraulikgehäuses bei etwa 2,5 bar (relativ).
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Dichtungen jeweils in einer Dichtungsaufnahme angeordnet, die jeweils durch zwei in einem Abstand bezüglich der axialen Stellrichtung und/oder der Rotationsstellrichtung zueinander angeordnete Radialvorsprünge des Hydraulikgehäuses in Axialrichtung begrenzt sind. Beispielsweise besitzen die Dichtungsaufnahmen einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, wobei insbesondere in Abhängigkeit von den eingesetzten Dichtungen auch andere Querschnittsformen denkbar sind.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems sind die Dichtungen in einem Vormontagezustand in Axialrichtung bezüglich der Dichtungsaufnahmen unterdimensioniert. Alternativ oder zusätzlich können die Dichtungen kontaktfrei bezüglich der die jeweilige Dichtungsaufnahme axial begrenzenden Radialvorsprünge in die Dichtungsaufnahme einsetzbar sein, insbesondere eingesetzt sein. Beispielsweise liegt ein Gesamt-Axialabstand der einzelnen Dichtungen zu den Radialvorsprüngen im Bereich von 10% bis 20% einer in Axialrichtung bemessenen Länge der Dichtung. Des Weiteren können die Dichtungen in einem Montagezustand in Kontakt mit wenigstens einem der Radialvorsprünge gelangen. Als Montagezustand kann dabei beispielsweise ein Betriebszustand des Tandemdichtungssystems und/oder des Stellantriebs gemeint sein. Als Montagezustand kann ferner ein Zustand gemeint sein, bei dem die Dichtungen in die Dichtungsaufnahmen eingesetzt sind und das Arbeitsstellteil ebenfalls in das Hydraulikgehäuse montiert ist. Dabei kann eine radiale Verpressung der Dichtungen einhergehen, wodurch die Dichtungen mit wenigstens einem der Radialvorsprünge in Kontakt gelangen können.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems ist der Flüssigkeitszwischenspeicher durch eine bezüglich der axialen Stellrichtung und/oder Rotationsstellrichtung umlaufende, hydraulikgehäuseseitige und/oder arbeitsstellteilseitige Ringnut gebildet. Demnach ist es möglich, die die Dichtungsaufnahme bildende Ringnut, welche den Flüssigkeitszwischenspeicher definiert, ausschließlich in das Hydraulikgehäuse, ausschließlich in das Arbeitsstellteil oder teilweise in das Hydraulikgehäuse und teilweise in das Arbeitsstellteil einzubringen. Bei Ausnutzung der radialen Dimensionen des Arbeitsstellteils zur Bildung wenigstens eines Teils der den Flüssigkeitszwischenspeicher definierenden Ringnut kann der von dem Tandemdichtungssystem benötigte Bauraum bzw. die Axialbauweise des Stellantriebs weiter reduziert werden.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems ist eine äußere, umgebungsseitige Dichtung insbesondere vollständig oder nahezu vollständig flüssigkeitsdichtend gegenüber dem Flüssigkeitszwischenspeicher ausgelegt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass ein Flüssigkeitsaustritt aus dem Flüssigkeitszwischenspeicher in die Umgebung des Stellantriebs vermieden wird. Des Weiteren kann die äußere, umgebungsseitige Dichtung semipermeabel dichtend gegenüber der Umgebung ausgelegt sein. Beispielsweise ist die äußere, umgebungsseitige Dichtung derart ausgelegt, dass sie einen Druckausgleich zwischen Umgebung und Flüssigkeitszwischenspeicher realisieren kann. Dabei kann die äußere, umgebungsseitige Dichtung auch derart ausgelegt sein, dass ein Flüssigkeitseintritt aus der Umgebung in den Flüssigkeitszwischenspeicher unterbunden ist. Die äußere, umgebungsseitige Dichtung besitzt demnach eine richtungs- und/oder mediumabhängige Permeabilität. Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung kann eine innere, arbeitsflüssigkeitsseitige Dichtung dazu ausgelegt sein, Flüssigkeitsaustausch der untergebrachten Arbeitsflüssigkeit zwischen dem Flüssigkeitszwischenspeicher und dem Hydraulikgehäuse insbesondere in einem vorbestimmten Betriebszustand und/oder bei einer temperaturbedingten Ausdehnung der Arbeitsflüssigkeit in dem Hydraulikgehäuse zuzulassen. Das beispielhafte erfindungsgemäße Dichtungssystem kennzeichnet sich somit durch eine hohe Dichtigkeit gegenüber der Umgebung und gleichzeitig durch eine funktionelle Permeabilität sowie einen vorteilhaften Flüssigkeitsaustausch zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher aus, der die Stellgüte des Stellantriebs verbessert.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine äußere, umgebungsseitige Dichtung insbesondere in der Dichtungsaufnahme stärker radial verpresst und/oder besitzt eine größere wirksame Dichtfläche als eine innere, arbeitsflüssigkeitsseitige (systemseitige) Dichtung. Auf diese Weise kann die unterschiedliche Permeabilität zwischen den beiden Dichtungen, umgebungsseitig und systemseitig, realisiert und eingestellt werden. Je nach Anwendung und Abmessung kann eine stärkere radiale Verpressung eingestellt werden, wodurch sich im Allgemeinen die Abdichtwirkung der jeweiligen Dichtung erhöhen lässt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems weisen die Dichtungen jeweils ein Vorspannteil, wie eine Metallfeder, auf und das Vorspannteil einer äußeren, umgebungsseitigen Dichtung kann derart eingestellt und/oder derart dimensioniert sein, dass die äußere, umgebungsseitige Dichtung insbesondere in der Dichtungsaufnahme stärker radial verpresst ist und/oder eine größere wirksame Dichtfläche besitzt als eine innere, arbeitsflüssigkeitsseitige Dichtung. Die wirksame Dichtfläche kann zwischen Dichtung und Hydraulikgehäuse und/oder zwischen Dichtung und Arbeitsstellteil bestehen.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems weist eine innere, arbeitsflüssigkeitsseitige Dichtung eine Fördereinrichtung auf, die derart eingestellt ist, dass in einem vorbestimmten Betriebszustand, insbesondere bei Überschreiten eines Differenzdrucks zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher von 4,5 bar oder 3 bar Flüssigkeit zwischen Flüssigkeitszwischenspeicher und Hydraulikgehäuse gefördert wird. Die Fördereinrichtung kann eine Förderrichtung festlegen. Beispielsweise kann Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitszwischenspeicher in das Hydraulikgehäuse gefördert werden oder es kann Arbeitsflüssigkeit aus dem Hydraulikgehäuse in den Flüssigkeitszwischenspeicher gefördert werden. Die Fördereinrichtung kann ferner derart eingestellt sein, dass, sobald der Differenzdruck nicht mehr vorliegt, die aktive Förderwirkung umgekehrt wird und die Arbeitsflüssigkeit aus dem Flüssigkeitszwischenspeicher zurück in das Hydraulikgehäuse gefördert wird bzw. umgekehrt, je nachdem, welche Druckdifferenz zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher vorliegt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems ist wenigstens die äußere, umgebungsseitige, insbesondere systemseitige, Dichtung derart eingestellt, dass bei einer axialen Stellbewegung des Arbeitsstellteils in einer ersten Richtung und/oder bei einer rotativen Stellbewegung des Arbeitsstellteils um die Rotationsstellachse in einer ersten Drehrichtung, die innere Dichtung eine unterschiedliche Förderwirkung gegenüber der Arbeitsflüssigkeit aufbringt, als bei einer axialen und/oder rotativen Stellbewegung des Arbeitsstellteils in einer dazu entgegengesetzten Richtung und/oder Drehrichtung. Die innere, arbeitsflüssigkeitsseitige, Dichtung kann derart eingerichtet sein, dass je nach aktuellen Bedingungen ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Hydraulikgehäuse und dem Flüssigkeitszwischenspeicher zugelassen ist. Die äußere, umgebungsseitige, Dichtung ist dazu eingerichtet, gegenüber der Systemumgebung abzudichten und/oder Flüssigkeit abzustreifen.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems ist die unterschiedliche Förderwirkung, insbesondere die richtungsabhängige Förderwirkung, der Dichtung dadurch realisiert, dass die Dichtung ein asymmetrisches Flächenpressungsprofil gegenüber dem Hydraulikgehäuse und/oder dem Arbeitsstellteil besitzt. Das asymmetrische Flächenpressungsprofil kann in Bezug auf eine Stellbewegungsrichtung des Arbeitsstellteils verstanden werden. Die insbesondere unterschiedlichen bzw. richtungsabhängigen Flächenpressungsprofile können durch Dichtkanten oder Dichtlippen der Dichtung realisiert sein, die im Dichtkontakt mit der korrespondierenden Dichtkontaktfläche des Hydraulikgehäuses und/oder des Arbeitsstellteils stehen. Es kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen korrespondierenden Dichtkontaktflächen des Hydraulikgehäuses und/oder des Arbeitsstellteils bei einer Bewegung des Arbeitsstellteils in Richtung des größeren Flächenpressungsgradienten weniger Arbeitsflüssigkeit aus dem jeweiligen Arbeitsflüssigkeitsvolumen hinausfördert als in der dazu entgegengesetzten Gegenrichtung zurückgefördert werden kann, so dass insbesondere auf dem Arbeitsstellteil lediglich ein sehr dünner Flüssigkeitsvolumen verbleiben kann.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist wenigstens die äußere, umgebungsseitige, Dichtung eine Umlenkeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, und/oder ist die Fördereigenschaft der äußeren, umgebungsseitigen Dichtung so eingestellt, dass bei einer rotativen Stellbewegung des Arbeitsstellteils um die Rotationsstellachse eine in einem Dichtspalt zwischen der Dichtung und dem Hydraulikgehäuse oder zwischen der Dichtung und dem Arbeitsstellteil auftretende Flüssigkeitsschleppströmung in Dichtrichtung umzulenken und ggf. in das System, nämlich das Hydraulikgehäuse, zurückzufördern. Dadurch kann eine aktive Förderwirkung bei rotierend gelagerten Dichtungen bei rotativen Stellbewegungen des Arbeitsstellteils realisiert werden.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung ist die Umlenkeinrichtung und/oder die Fördereigenschaft der äußeren, umgebungsseitigen Dichtung durch ein makroskopisches Oberflächenprofil, insbesondere ein arbeitsstellteilseitiges Gewinde, eine Spiralnut, ein Drallelement, wie ein Drallsteg oder eine Drallvertiefung, und/oder eine dichtungsseitige Welligkeit realisiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Umlenkeinrichtung durch ein mikroskopisches Oberflächenprofil der Dichtung, insbesondere eine Oberflächenrauigkeit und/oder eine bestimmte Materialauswahl, wobei bevorzugt HNBR eingesetzt wird, realisiert sein.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems ist die Umlenkeinrichtung derart eingestellt, dass sie bei einer rotativen oder translatorischen Stellbewegung des Arbeitsstellteils in einer ersten Stellrichtung, insbesondere einer Translationsstellrichtung, eine unterschiedliche Flüssigkeitsförderung zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher als in einer dazu entgegengesetzten zweiten Stellrichtung, insbesondere einer Translationsstellrichtung, bewirkt.
Es wurde herausgefunden, dass insbesondere über ein makroskopisches und/oder mikroskopisches Oberflächenprofil der Dichtung eine im Dichtspalt zwischen der Dichtung und dem Hydraulikgehäuse bzw. dem Arbeitsstellteil auftretende Flüssigkeitsschleppströmung durch Umlenken örtlich hydrodynamischer Drücke aufgebaut werden können, die auch axiale Strömungskomponenten verursachen, deren bevorzugte Strömungsrichtung von der Orientierung beispielsweise des Flächenpressungsprofils, der Oberflächenrauigkeit und/oder dem Gradienten der Flächenpressung im Dichtkontakt abhängt. Im Allgemeinen führen asymmetrische axiale Flächenpressungsprofile dazu, dass aus unterschiedlich gerichteten axialen Flüssigkeitsströmungen eine resultierende Flüssigkeitsströmung, insbesondere Schleppströmung, auftritt, die in einer bevorzugten Richtung gefördert wird. Des Weiteren kann im Allgemeinen gemäß der vorliegenden Erfindung eine unterschiedliche Permeabilität der Dichtungen dadurch erreicht werden, dass die beiden Dichtungen sich im Hinblick auf die Größe und/oder Geometrie der wirksamen Dichtfläche, das heißt der Kontaktfläche zwischen der jeweiligen Dichtung und dem Hydraulikgehäuse und/oder dem Arbeitsstellteil und/oder über den Anpressdruck, insbesondere in Radialrichtung, der Dichtung in Bezug auf das Hydraulikgehäuse und/oder das Arbeitsstellteil unterscheiden. Die unterschiedliche Verpressung der Dichtungen kann beispielsweise über unterschiedliche Materialien, unterschiedliche Dimensionierungen der jeweiligen Dichtungsaufnahmen und/oder zusätzliche Verpresselemente, wie ein Vorspannteil, wie ein Federelement und/oder ein Elastomerteil, generiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein hydraulischer Stellantrieb, insbesondere ein hydraulischer doppeltwirkender Stellantrieb, bereitgestellt. Der erfindungsgemäße Stellantrieb umfasst ein Hydraulikgehäuse, ein Arbeitsstellteil, das in dem Hydraulikgehäuse entlang einer axialen Stellrichtung geführt und/oder bezüglich einer Rotationsstellachse gelagert ist, zum Betätigen eines Stellglieds sowie ein erfindungsgemäßes Tandemdichtungssystem zum Abdichten des Arbeitsstellteils gegenüber dem Hydraulikgehäuse. Das Tandemdichtungssystem ist entsprechend einem der beispielhaften Aspekte bzw. einer der beispielhaften Ausführungen ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Stellantriebs, insbesondere eines doppeltwirkenden hydraulischen Stellantriebs, bereitgestellt. Der Stellantrieb weist ein Arbeitsstellteil, das in einem Hydraulikgehäuse entlang einer axialen Stellrichtung geführt und/oder bezüglich einer Rotationsstellachse gelagert ist, zum Betätigen eines Stellglieds auf. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem vorbestimmten Betriebszustand Arbeitsflüssigkeit aus dem Hydraulikgehäuse in einem dazu separaten Flüssigkeitsspeicher gefördert und zwischengespeichert, wobei der Flüssigkeitsaustausch zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher dann vorgenommen wird, wenn zum Beispiel eine temperaturbedingte Ausdehnung der in dem Hydraulikgehäuse untergebrachten Arbeitsflüssigkeit einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann derart realisiert sein, dass es das erfindungsgemäße Tandemdichtungssystem gemäß einem der beispielhaften Ausführungen und/oder Aspekte oder den erfindungsgemäßen hydraulischen Stellantrieb gemäß einem der beispielhaften Ausführungen und/oder Aspekte ausführt.
Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaften Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems, wobei ein Ausschnitt eines beispielsweise erfindungsgemäßen hydraulischen Stellantriebs abgebildet ist;
2 eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Stellantriebs;
3 eine weitere Schnittansicht Stellantriebs gemäß 2;
4 eine schematische Darstellung zur Funktionsweise der Abdichtwirkung einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems;
5 eine perspektivische Ansicht einer Dichtung einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Tandemdichtungssystems;
6 eine Draufsicht auf die Dichtung gemäß 5; und
7 - 11 Schnittansichten entsprechend der Linie A-A aus 6.

In der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungen der Erfindung ist ein erfindungsgemäßes Tandemdichtungssystem zum Abdichten eines Arbeitsstellteils eines hydraulischen Stellantriebs gegenüber einem Hydraulikgehäuse des Stellantriebs im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Ein erfindungsgemäßer hydraulischer Stellantrieb, mit dem ein nicht dargestelltes Stellglied, wie eine Klappe oder ein Ventilglied insbesondere eine Turbolader-Wastegate-Klappe, eine Abgasklappe oder eine Drosselklappe, verstellt werden kann, ist im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 3 versehen. Es sei klar, dass der erfindungsgemäße Stellantrieb auch in anderen technischen Gebieten eingesetzt werden kann, in denen rotatorische oder translatorische Bewegungen denn benötigt werden, wie beispielsweise in der Robotik oder in Bestückungsanlagen.
In 1 ist ein Ausschnitt eines in einem Hydraulikgehäuse 5 bewegbar gelagerten Arbeitsstellteils 7 abgebildet, das in dem Hydraulikgehäuse 5 entlang einer axialen Stellrichtung S zum Betätigen eines nichtdargestellten Stellglieds geführt und/oder bezüglich einer Rotationsstellachse zum Betätigen des Stellglieds gelagert ist, wobei die Stellbewegung um die Rotationsstellachse mittels des Pfeils mit dem Bezugszeichen R angedeutet ist. Das Arbeitsstellteil 7, das als im Wesentlichen zylindrische Stange oder Welle ausgebildet ist, erstreckt sich von außerhalb des Hydraulikgehäuses 5 im Bereich der Umgebung U durch das Hydraulikgehäuse in einen mittels des Bezugszeichens 9 angedeuteten, mit Arbeitsflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum, der von dem Hydraulikgehäuse 5 begrenzt ist, in das Arbeitsflüssigkeit beispielsweise mittels einer von einem Motor angetriebenen Hydraulikpumpe gefördert wird, um das Arbeitsstellteil in der translatorischen axialen Stellrichtung S und/oder der rotatorischen Stellrichtung zu verlagern.
Das erfindungsgemäße Tandemdichtungssystem 1 gemäß 1 umfasst zwei Dichtungen 11, 13, die jeweils in einer in das Hydraulikgehäuse eingebrachten umlaufenden Dichtungsaufnahme 15, 17 untergebracht sind. Die Dichtungsaufnahmen 15, 17 sind im Wesentlichen als Ringnuten gebildet und weisen einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einem Nutgrund 19, 21 und jeweils zwei in den Nutgrund 19, 21 mündenden, gegenüberliegenden Nutseitenwände 23, 25, 27, 29, insbesondere Radialvorsprünge, auf. Zwischen den beiden Dichtungen 11, 13 ist ein Flüssigkeitszwischenspeicher 31 angeordnet, der gemäß 1 als umlaufende, in das Hydraulikgehäuse 5 eingebrachte Ringnut mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt realisiert ist.
In einem vorbestimmten Betriebszustand, beispielsweise bei einer Leckage, einer temperaturbedingten Volumenänderung der in dem Arbeitsraum 9 angeordneten Arbeitsflüssigkeit, insbesondere bei Temperatur- und/oder Druckspitzen, kann ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Arbeitsraum 9 und dem Flüssigkeitszwischenspeicher 31 gewährleistet werden. Falls der vorbestimmte Betriebszustand nicht mehr vorliegt, beispielsweise bei Temperatur- und/oder Druckabnahme, insbesondere bei Volumenverringerung der Arbeitsflüssigkeit, kann die in dem Flüssigkeitszwischenspeicher 31 zwischengespeicherte Arbeitsflüssigkeit wieder zurück in den Arbeitsraum 9 gelangen. Der Flüssigkeitsfluss bzw. Flüssigkeitsaustausch zwischen Hydraulikgehäuse und Flüssigkeitszwischenspeicher 31 ist durch den Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 33 angedeutet. Grundsätzlich sind die Dichtungen 11, 13, insbesondere die innere, systemseitige Dichtung 11, so eingestellt und ausgebildet, dass der Arbeitsraum 9 im Wesentlichen vollständig von dem Flüssigkeitszwischenspeicher 31 abgedichtet ist, so dass die Arbeitsflüssigkeitsmenge und der Arbeitsflüssigkeitsdruck innerhalb des Arbeitsraums 9 im Wesentlichen konstant bleiben. Der Flüssigkeitsaustausch zwischen Arbeitsraum 9 und Flüssigkeitszwischenspeicher 31 soll nur in dem vorbestimmten Betriebszustand, wie beispielsweise der temperaturbedingten Ausdehnung der Arbeitsflüssigkeit, ermöglicht sein. Die äußere, umgebungsseitige Dichtung 13 ist vollständig oder nahezu vollständig flüssigkeitsdichtend ausgelegt, so dass weder ein Flüssigkeitsverlust aus dem Flüssigkeitszwischenspeicher 31 in die Umgebung U, noch eine Flüssigkeitsaufnahme aus der Umgebung U in den Flüssigkeitszwischenspeicher 31 möglich ist. Ein Pfeil mit dem Bezugszeichen 35deutet einen Druckausgleich zwischen Umgebung U und Flüssigkeitszwischenspeicher 31 an. Grundsätzlich ist das Tandemdichtungssystem 1 und/oder der Stellantrieb 3 derart eingestellt, dass der innerhalb des Flüssigkeitszwischenspeichers 31 herrschende Druck Pz größer als der Umgebungsdruck Pu ist, wobei ein innerhalb des Arbeitsraums 9 herrschender Systemdruck Ps größer ist als der Druck im Flüssigkeitszwischenspeicher 31.
In 1 ist zu erkennen, dass der Flüssigkeitszwischenspeicher 31 quer zur Rotationsstellachse und/oder axialen Stellrichtung S größer bemessen ist als die Dichtungen 11, 13 und die Dichtungsaufnahmen 15, 17. Der Flüssigkeitszwischenspeicher 31 ist dabei derart bemessen, dass er wenigstens 1% und/oder höchstens 20%, insbesondere wenigstens 5% und/oder höchstens 5% oder etwa 8%, eines Gesamt-Arbeitsflüssigkeitsvolumens aufnehmen kann. Um dies zu realisieren, weist der Flüssigkeitszwischenspeicher 31 eine radiale Tiefe t auf, die im Bereich von 1/3 bis 1/4 einer Axialabmessung a in Richtung der axialen Stellrichtung S und/oder der Rotationsstellachse des Flüssigkeitszwischenspeichers 31 liegt. Des Weiteren kann der Flüssigkeitszwischenspeicher 31 derart bemessen sein, dass sein Durchmesser 50% bis 100% seiner Axialabmessung ausmacht. Gemäß 1 ist der Flüssigkeitszwischenspeicher 31 als in das Hydraulikgehäuse 5 eingebrachte, umlaufende Ringnut ausgebildet, die einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt, der von einem Ringnutgrund 37 und zwei in den Ringnutgrund 37 mündenden Ringnutseitenwänden 39, 41 begrenzt ist, auf.
In 2 ist eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Stellantriebs 3 gezeigt, der dazu dient, ein nicht dargestelltes Stellglied zu verstellen. Der Stellantrieb 3 gemäß 2 kennzeichnet sich durch eine translatorische Stellbewegungsrichtung S des Arbeitsstellteils 7, insbesondere des Arbeitskolbens bzw. der Arbeitsstange. Im grundsätzlichen Aufbau und der Funktionsweise kann der erfindungsgemäße Stellantrieb 3 entsprechend des noch nicht veröffentlichten deutschen Gebrauchsmusters 20 2019 102 210.8 der Anmelderin realisiert sein. Die diesbezügliche Beschreibung sei hierin unter Bezugnahme aufgenommen. Gemäß 2 ist das Arbeitsstellteil 7 in dem Hydraulikgehäuse 5 aufgenommen und gelagert, das mehrteilig ausgebildet ist: ein topfförmiges Basisteil 43; und ein damit fluiddicht verbundenes Deckelteil 45. Innerhalb des Hydraulikgehäuses 5 ist Arbeitsflüssigkeit 47, wie eine ionische Flüssigkeit, angeordnet, die dazu eingesetzt wird, einen fest mit dem Arbeitsstellteil 7 gekoppelten Arbeitskolben 49 mit der Arbeitsflüssigkeit 47 zu beaufschlagen, um diesen in einer translatorischen axialen Stellrichtung S zu bewegen, um das Arbeitsstellteil zum Verfahren des nicht dargestellten Stellglieds des Stellantriebs 3 zu betätigen. Das Hydraulikgehäuse 9 definiert, wie bereits beschrieben, einen Arbeitsraum 9, in dem die Arbeitsflüssigkeit 47 untergebracht ist. Innerhalb des Arbeitsraums 9 ist der Arbeitskolben 49 derart untergebracht, dass dieser den Arbeitsraum in zwei Arbeitskammern 51, 53 unterteilt.
Der erfindungsgemäße Stellantrieb 3 gemäß 2 umfasst zwei erfindungsgemäße Tandemdichtungssysteme 1, die jeweils an seitlichen Enden des Hydraulikgehäuses 5 positioniert und schematisch dargestellt sind. Im Bereich der Tandemdichtungssysteme 1 können weitere Gehäuseteile 55, 57 mit den anderen Gehäuseteilen zur Befestigung der Tandemdichtungssysteme 1 im bzw. an das Hydraulikgehäuse 5 vorgesehen sein. In Bezug auf die beiden Tandemdichtungssysteme 1 sei angemerkt, dass diese im Wesentlichen identisch ausgebildet sein können, wobei diese spiegelsymmetrisch angeordnet und realisiert sind. Dies ist wichtig für die Funktion bzw. die Ausgestaltung der einzelnen Dichtungen 11, 13 der Tandemdichtungssysteme 1, wobei vor allem die Permeabilität und Abdichtwirkung der jeweiligen Dichtungen 11, 13 entscheidend sind. Beide Tandemdichtungssysteme 1 verhindern jeweils einen Flüssigkeitsaustritt aus dem Hydraulikgehäuse 5 in die Umgebung U bzw. einen Flüssigkeitseintritt aus der Umgebung U in das Hydraulikgehäuse 47, gewährleisten jedoch gleichermaßen in vorbestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei temperatur- und/oder leckagebedingten Volumenänderungen der Arbeitsflüssigkeit in dem Hydraulikgehäuse 5, einen Flüssigkeitsaustausch mit dem Flüssigkeitszwischenspeicher 31 der jeweiligen Tandemdichtungssysteme 1.
In 3 ist eine weitere Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen hydraulischen Stellantriebs 3 gemäß 2 abgebildet. Der Stellantrieb 3 kann einen Motor 59, der in einem Motorgehäuseteil 61, das an das Hydraulikgehäuse 5 angeflanscht und/oder angeschweißt ist, zum Betreiben einer Hydraulikpumpe 63 aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Arbeitsflüssigkeit 47 zum Betätigen des Arbeitsstellteils 7 mittels des Arbeitskolbens 49 zu fördern. Der Motor 59 ist mittels einer Kupplung 65 mit der Hydraulikpumpe 63, insbesondere mit zwei miteinander im Eingriff stehenden Zahnrädern 67, 69 der Hydraulikpumpe 63, kraftübertragungsgemäß gekoppelt.
4 ist eine schematische Detailansicht mit Blick auf die Dichtungen 11, 13 bzw. die Dichtungsaufnahme 15, 17, wobei der Flüssigkeitszwischenspeicher 31 weggelassen ist. In 4, links, ist die systemseitige, innere Dichtung 11 in der entsprechenden Dichtungsaufnahme 15 gezeigt, in 4, rechts, die äußere, umgebungsseitige Dichtung 13 in der entsprechenden Dichtungsaufnahme 17. 4 zeigt schematisch, wie die unterschiedliche Dichtungswirkung bzw. Permeabilität der einzelnen Dichtungen realisiert werden kann.
Gemäß 4 weisen die Dichtungen 11, 13 des Tandemdichtungssystems 1 jeweils ein Vorspannteil 71, 73 und ein Dichtungsteil 75, 77 auf, wobei jeweils das Dichtungsteil 75, 77 radial innenliegend und/oder im Kontakt mit dem Arbeitsstellteil 7 angeordnet ist. Über die Vorspannteile 71, 73, beispielsweise eine Metallfeder, kann eine radiale Verpressung der Dichtung 11, 13 bzw. des Dichtungsteils 75, 77 erzeugt bzw. eingestellt werden, um so die Dichtwirkung einzustellen. Beim Vergleich der beiden Dichtungen 11, 13 bzw. insbesondere der Dichtungsaufnahmen 17, 15 ist zu erkennen, das Dichtungsteil 77 der äußeren, umgebungsseitigen Dichtung 13 stärker radial verpresst ist als die innere, umgebungsseitige Dichtung 11. Dies ist gemäß 4 dadurch realisiert, dass die äußere, umgebungsseitige Dichtungsaufnahme 17 in Radialrichtung kleiner bemessen ist als die Dichtungsaufnahme 11, welche systemseitig angeordnet ist. Denn die Nutseitenwände 27, 29 erstrecken sich in Radialrichtung kurzer als die entsprechenden inneren, systemseitigen Nutseitenwände 23, 25. Somit besitzt die äußere, umgebungsseitige Dichtung 13 die größere Dichtungswirkung.
Die wirksame Dichtfläche zwischen Dichtung 11, 13 bzw. Dichtungsteil 75, 77 und dem Arbeitsstellteil 7, welche im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 81 versehen ist, kann alternativ oder zusätzlich variiert werden, um die Dichtungswirkung einzustellen. Dabei gilt, dass je größer die wirksame Dichtungsfläche 81 ist, desto größer die Dichtungswirkung ist. Der wirksamen Dichtfläche 81 gegenüberliegend umfasst das Dichtungsteil 75, 77 eine Flüssigkeitsförderfläche 83, welche gegenüber der axialen Stellrichtung S und/oder der Rotationsstellrichtung geneigt ist. Dadurch kann bei einer axialen Stellbewegung des Arbeitsstellteils 7 Flüssigkeit mitgeschleppt bzw. mitgefördert werden, wenn das Arbeitsstellteil 7 in Richtung Arbeitsraum 9, also nach innen und/oder in Richtung System, verlagert wird.
In den 5 bis 11 sind beispielhafte Ausführungen von Dichtungen 11, 13 erfindungsgemäßer Tandemdichtungssysteme 1 gezeigt, wobei in 5 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführung der Dichtungen 11, 13 abgebildet ist, während 6 eine Draufsicht auf die Dichtungen 11, 13 zeigt und in der auch die Schnittlinie A-A angedeutet ist, entsprechend der die 7 bis 11 zu verstehen sind, die beispielhafte Ausführungen von Dichtungen 11, 13 zeigen. Die Dichtungen 11, 13 gemäß der 5 bis 11 sind im Wesentlichen als O-Ring-Dichtungen ausgebildet und besitzen eine Ringstruktur. Eine dem Hydraulikgehäuse 5 zuzuwendende Flüssigkeitsförderfläche 83 ist, wie es insbesondere in 5 und den Schnittansichten gemäß 7 bis 11 gezeigt ist, bezüglich der axialen Stellrichtung S teilweise geneigt. Innenseitig, das heißt zur Abdichtung gegenüber dem Arbeitsstellteil 7, ist eine Dichtungsinnenfläche 85 ebenfalls bezüglich der axialen Stellrichtung S geneigt und weist eine effektive wirksame Dichtfläche 81 auf, die einen minimalen Innendurchmesser definiert.
Die Ausführungsformen gemäß der 7 bis 11 unterscheiden sich im Wesentlichen in der Profilierung der wirksamen Dichtfläche 81. Bei sämtlichen Ausführungen der Dichtungen 11, 13 gemäß der 5 bis 11 ist die effektive Dichtfläche 81 derart konturiert und/oder profiliert, dass ein asymmetrisches Flächenpressungsprofil gegeben ist, welches sich in einer richtungsabhängigen Dichtungswirkung und/oder Flüssigkeitsförderwirkung äußert. Dichtungen 13, 15 besitzen eine Umlenk- und/oder Drallerzeugungseinrichtung 87, die an der wirksamen Dichtfläche 81 angeordnet ist. Die Umlenk- und/oder Drallerzeugungseinrichtung 87 ist dazu eingerichtet, bei einem Flüssigkeitsaustausch zwischen Flüssigkeitszwischenspeicher 31 und Hydraulikgehäuse 5, insbesondere Arbeitsraum 9, die Flüssigkeit umzulenken. Umlenk- und/oder Drallerzeugungselemente 89 der Umlenk- und/oder Drallerzeugungseinrichtung 87 können ferner derart eingestellt sein, dass sie in einem vorbestimmten Betriebszustand, insbesondere beim Überschreiten eines Differenzdrucks zwischen Hydraulikgehäuse 5 und Flüssigkeitszwischenspeicher 31 von einer vorbestimmten Druckschwelle von insbesondere 4,5 bar oder 3 bar Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitszwischenspeicher 31 in das Hydraulikgehäuse 5 und/oder in entgegengesetzter Richtung fördern. Die Drallerzeugungseinrichtung 87 ist dazu eingerichtet, die vorbeiströmende Arbeitsflüssigkeitsströmung in einem Drall zu versetzen und/oder den Effekt des Schleppdrucks zu verstärken, um eine gewünschte Flüssigkeitsförderung auszubilden.
In 7 weist die Umlenk- und/oder Drallerzeugungseinrichtung 87 eine Vielzahl von auf der Dichtfläche 81 ausgebildeten Umlenk- und/oder Drallelementen 89, wie Drallvertiefungen oder Drallstegen, auf, welche in einem Winkel im Bereich von 15° bis 45° bezüglich der axialen Stellrichtung S orientiert sind. In den 8 und 9 sind die Drallerzeugungs- und/oder Flüssigkeitsumlenkelemente 91 als im Querschnitt dreieckförmige Vorsprünge realisiert, die von der Dichtfläche 81 in Radialrichtung vorstehen. Die Dreiecksform ist dabei in Richtung des Arbeitsraums 9 orientiert. Die Ausführung gemäß 9 unterscheidet sich von der Ausführung gemäß 8 im Wesentlichen dadurch, dass die Drallerzeugungs- und/oder Umlenkeinrichtungen 89 deutlich kleiner dimensioniert sind. In den 10 und 11 sind weitere beispielhafte Ausführungen von Umlenk- und/oder Drallerzeugungselementen 93 gezeigt, die im Wesentlichen aus jeweils zwei zueinander in einem Winkel orientierten Drallerzeugungselementen 89 gemäß 7 gebildet, die so eine Art offene Dreiecksform bilden. Die Ausführungen gemäß der 10 und 11 unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Dimensionierung der Umlenk- und/oder Drallerzeugungselemente 93, wobei gemäß 10 die Umlenk- und/oder Drallerzeugungselemente 93 deutlich größer dimensioniert sind als in 11.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

1: Tandemdichtungssystem
3: Stellantrieb
5: Hydraulikgehäuse
7: Arbeitsstellteil
9: Arbeitsraum
11, 13: Dichtung
15,17: Dichtungsaufnahme
19,21: Grund
23,25: Seitenwand
27,29: Seitenwand
31: Flüssigkeitszwischenspeicher
33: Doppelpfeil
35: Pfeil
37: Ringnutgrund
39, 41: Ringnutseitenwand
43: Gehäusebasis
45: Gehäusedeckel
47: Arbeitsflüssigkeit
49: Kolben
51, 53: Arbeitskammer
55,57: Gehäuseteil
59: Motor
61: Motorgehäuseteil
63: Hydraulikpumpe
65: Kupplung
69,67: Zahnrad
71, 73: Vorspannteil
75,77: Dichtungsteil
81: Dichtfläche
83: Arbeitsflüssigkeitsförderfläche
85: Dichtungsinnenfläche
87: Umlenk- und/oder Drallerzeugungseinrichtung
89, 91, 93: Umlenk- und/oder Drallerzeugungselement
S: axiale Stellrichtung
R: Rotationsstellrichtung
U: Umgebung
PU: Umgebungsdruck
PZ: Druck in Flüssigkeitszwischenspeicher
PS: Systemdruck
t: radiale Tiefe
a: axiale Abmessung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3860098 [0003]

Claims

Tandemdichtungssystem (1) für einen hydraulischen Stellantrieb (3) mit einem Arbeitsstellteil (7), das in einem Hydraulikgehäuse (5) entlang einer axialen Stellrichtung (S) geführt und/oder bezüglich einer Rotationsstellachse gelagert ist, zum Betätigen eines Stellglieds, umfassend: - zwei Dichtungen (11, 13) zum Abdichten des Arbeitsstellteils (7) gegenüber dem Hydraulikgehäuse; und - einen zwischen den Dichtungen (11, 13) angeordneten Flüssigkeitszwischenspeicher (31), der mit der in dem Hydraulikgehäuse (5) untergebrachten Arbeitsflüssigkeit derart fluidal in Verbindung steht, dass in einem vorbestimmten Betriebszustand Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen (11, 13) vorbei in den Flüssigkeitszwischenspeicher (31) gelangt oder diesen verlässt, und quer zur Rotationsstellachse und/oder axialen Stellrichtung (S) eine größere Bemessung aufweist als die Dichtungen.
Tandemdichtungssystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Dichtungen (11, 13) derart eingestellt sind, dass bei einer temperatur- und/oder leckagebedingten Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit ein Teil der in dem Hydraulikgehäuse (5) untergebrachten Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen (11, 13) vorbei in den Flüssigkeitszwischenspeicher (31) gelangt oder diesen verlässt.
Tandemdichtungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flüssigkeitszwischenspeicher (31) derart bemessen ist, dass er wenigstens 1 % und/oder höchstens 20 %, insbesondere wenigstens 5 % und/oder höchstens 15 % oder etwa 8 %, eines Gesamt-Arbeitsflüssigkeitsvolumens aufnehmen kann.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bemessung quer zur Rotationsstellachse und/oder axialen Stellrichtung, insbesondere eine radiale Tiefe, des Flüssigkeitszwischenspeichers (31) im Bereich von 1/3 bis 1/4 einer Axialabmessung in Richtung der axialen Stellrichtung (S) und/oder der Rotationsstellachse des Flüssigkeitszwischenspeichers (31) liegt.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Flüssigkeitszwischenspeicher (31) durch eine bezüglich der axialen Stellrichtung (S) und/oder Rotationsstellachse umlaufende, in dem Hydraulikgehäuse (5) angeordnete Ringnut gebildet ist und/oder ein Durchmesser des Flüssigkeitszwischenspeichers (31) 50% bis 100% seiner Axialabmessung entspricht.
Tandemdichtungssystem (1), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, für einen hydraulischen Stellantrieb (3) mit einem Arbeitsstellteil (7), das in einem Hydraulikgehäuse (5) entlang einer axialen Stellrichtung (S) geführt und/oder bezüglich einer Rotationsstellachse gelagert ist, zum Betätigen eines Stellglieds, umfassend: - zwei Dichtungen (11, 13) zum Abdichten des Arbeitsstellteils (7) gegenüber dem Hydraulikgehäuse; und - einen zwischen den Dichtungen (11, 13) angeordneten Flüssigkeitszwischenspeicher (31); wobei die Dichtungen (11, 13) derart eingestellt sind, dass bei einer temperaturbedingten Ausdehnung der Arbeitsflüssigkeit ein Teil der in dem (5) untergebrachten Arbeitsflüssigkeit an einer der Dichtungen (11, 13) vorbei in den Flüssigkeitszwischenspeicher (31) gelangt oder diesen verlässt.
Tandemdichtungssystem (1) nach Anspruch 6, wobei ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Hydraulikgehäuse (5) und Flüssigkeitszwischenspeicher (31) ab einer Arbeitsflüssigkeitstemperatur von 100 °C, und insbesondere bis 160°C, oder bei niedrigen Temperaturen im Bereich von -40°C bis o°C und/oder ab einem Differenzdruck zwischen Hydraulikgehäuse (5) und Flüssigkeitszwischenspeicher (31) von 3 bar und/oder ab einer Volumenänderung der Arbeitsflüssigkeit in dem Hydraulikgehäuse (5) von 1%, und insbesondere bis 10 %, zugelassen ist.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dichtungen (11, 13) jeweils in einer Dichtungsaufnahme (15, 17) angeordnet sind, die jeweils durch zwei in einem Abstand bezüglich der axialen Stellrichtung (S) und/oder Rotationsstellachse zueinander angeordnete Radialvorsprünge des Hydraulikgehäuses in Axialrichtung begrenzt sind.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Flüssigkeitszwischenspeicher (31) durch eine bezüglich der axialen Stellrichtung (S) und/oder Rotationsstellachse umlaufende, hydraulikgehäuseseitige und/oder arbeitsstellteilseitige Ringnut gebildet ist.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine äußere, umgebungsseitige Dichtung insbesondere vollständig flüssigkeitsdichtend gegenüber dem Flüssigkeitszwischenspeicher (31) und/oder semipermeabel dichtend gegenüber der Umgebung ausgelegt ist, insbesondere um einen Flüssigkeitsaustritt aus dem Flüssigkeitszwischenspeicher (31) in die Umgebung des Stellantriebs zu vermeiden und ggf. einen Druckausgleich zwischen Umgebung und Flüssigkeitszwischenspeicher (31) zu realisieren, und/oder eine innere, arbeitsflüssigkeitsseitige Dichtung dazu ausgelegt ist, insbesondere in einem vorbestimmten Betriebszustand Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Flüssigkeitszwischenspeicher (31) und dem Hydraulikgehäuse (5) zuzulassen.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine äußere, umgebungsseitige Dichtung insbesondere in der Dichtungsaufnahme (15, 17) stärker radial verpresst ist und/oder eine größere wirksame Dichtfläche besitzt als eine innere, arbeitsflüssigkeitsseitige Dichtung.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dichtungen (11, 13) jeweils ein Vorspannteil (71, 73), wie eine Metallfeder, aufweisen und das Vorspannteil (71, 73) einer äußeren, umgebungsseitigen Dichtung derart eingestellt und/oder dimensioniert ist, dass die äußere, umgebungsseitige Dichtung insbesondere in der Dichtungsaufnahme (15, 17) stärker radial verpresst ist und/oder eine größere wirksame Dichtfläche besitzt als eine innere, arbeitsflüssigkeitsseitige Dichtung.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine innere, arbeitsflüssigkeitsseitige Dichtung eine Fördereinrichtung aufweist, die derart eingestellt ist, dass in einem vorbestimmten Betriebszustand, insbesondere bei Überschreiten eines Differenzdrucks zwischen Hydraulikgehäuse (5) und Flüssigkeitszwischenspeicher (31) von 4,5 bar, insbesondere oder 3 bar, Flüssigkeit zwischen Flüssigkeitszwischenspeicher (31) und Hydraulikgehäuse (5) gefördert wird.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens die äußere, umgebungsseitige Dichtung derart eingestellt ist, dass bei einer axialen Stellbewegung des Arbeitsstellteils (7) in einer ersten Richtung und/oder bei einer rotativen Stellbewegung des Arbeitsstellteils (7) um die Rotationsstellachse in einer ersten Drehrichtung die Dichtung eine unterschiedliche Abstreifwirkung gegenüber der Arbeitsflüssigkeit aufbringt als bei einer axialen und/oder rotativen Stellbewegung des Arbeitsstellteils (7) in einer dazu entgegengesetzten Richtung und/oder Drehrichtung.
Tandemdichtungssystem (1) nach Anspruch 14, wobei die unterschiedliche Abstreifwirkung der Dichtung dadurch realisiert ist, dass die Dichtung ein asymmetrisches Flächenpressungsprofil gegenüber dem Hydraulikgehäuse (5) und/oder dem Arbeitsstellteil (7) besitzt.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens die äußere, umgebungsseitige Dichtung eine Umlenkeinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, und/oder die Fördereigenschaft der äußeren, umgebungsseitigen Dichtung so eingestellt ist, dass bei einer rotativen Stellbewegung des Arbeitsstellteils (7) um die Rotationsstellachse eine in einem Dichtspalt zwischen der Dichtung und dem Hydraulikgehäuse (5) oder zwischen der Dichtung und dem Arbeitsstellteil (7) auftretende Flüssigkeitsschleppströmung in Dichtrichtung umzulenken.
Tandemdichtungssystem (1) nach Anspruch 16, wobei die Umlenkeinrichtung und/oder die Fördereigenschaft der äußeren, umgebungsseitigen Dichtung durch ein makroskopisches Oberflächenprofil, insbesondere ein arbeitsstellteilseitiges Gewinde, eine Spiralnut, ein Drallelement, wie ein Drallsteg oder eine Drallvertiefung, und/oder eine dichtungsseitige Welligkeit, und/oder durch ein mikroskopisches Oberflächenprofil, insbesondere eine Oberflächenrauigkeit und/oder eine Materialwahl realisiert ist.
Tandemdichtungssystem (1) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei die Umlenkeinrichtung derart eingestellt ist, dass die Umlenkeinrichtung bei einer rotativen oder translatorischen Stellbewegung des Arbeitsstellteils (7) in einer ersten Stellrichtung, insbesondere einer Translationsstellrichtung, eine unterschiedliche Flüssigkeitsförderung zwischen Hydraulikgehäuse (5) und Flüssigkeitszwischenspeicher (31) als in einer dazu entgegengesetzten zweiten Stellrichtung, insbesondere Translationsstellrichtung, bewirkt.
Hydraulischer Stellantrieb (3) umfassend ein Hydraulikgehäuse (5), ein Arbeitsstellteil (7), das in dem Hydraulikgehäuse (5) entlang einer axialen Stellrichtung (S) geführt und/oder bezüglich einer Rotationsstellachse gelagert ist, zum Betätigen eines Stellglieds und ein nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildetes Tandemdichtungssystem (1) zum Abdichten des Arbeitsstellteils (7) gegenüber dem Hydraulikgehäuse (5).