DE2915479C2

DE2915479C2 - Dichtring für eine hydraulische Zahnstangen-Hilfskraftlenkung

Info

Publication number: DE2915479C2
Application number: DE2915479A
Authority: DE
Inventors: John Benjamin Grosse Pointe Park Mich. Colletti; Forrest Wilson Rochester Mich. Howell
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1979-04-17
Publication date: 1984-02-02
Also published as: BE875562A; NL7902880A; LU81157A1; FR2423694B1; GB2018694A; IE47873B1; PH16707A; DK156979A; DE2915479A1; IT1119741B; DK148147B; DK148147C; IN149953B; IT7921864A0; US4211152A; NL180645B; JPS6152027B2; GB2018694B; CA1113015A; NL180645C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dichtring gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekannter Dichtring dieser Art ist in der Ringnut an der Stirnseite des in den Zylinder ragenden Gehäuse-Endabschnitts vollständig innerhalb des ringförmigen Randes so angeordnet, daß er an der Umfangsfläche der Kolbenstange dichtend anliegt. Der in den Dichtring eingebettete Verstärkungsring dient insbesondere dazu, den äußeren Umfangsabschnitt des Dichtrings in enger Anlage an der Innenfläche der Ringnut zu halten, damit der Dichtring nicht durch die bei der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange ausgeübten Reibungskräfte aus der Ringnut herausbewegt wird. Dieser bekannte Dichtring bewirkt die Abdichtung des Spaltes zwischen der Kolbenstange und der Innenfläche des rohrförmigen Gehäuse-Endabschnitts. Für die Abdichtung des Spaltes zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Gehäuse-Endabschnitts und dem aufgeschobenen Ende der rohrförmigen Zylinderwand ist eine zweite Dichtung in Form eines in eine Ringnut eingelegten O-Ringes erfoi derlich. Der zwischen diesen beiden Dichtungen liegende ringförmige Rand des Gehäuse-Endabschnitts ist somit unmittelbar dem hydraulischen Druckmittel in der angrenzenden Arbeitskammer ausgesetzt, und der volle Arbeitsdruck wirkt auf die freiliegende Stirnfläche des

ίο ringförmigen Randes und auf die Berührungsfläche zwischen dem Dichtring und der Innenfläche des ringförmigen Randes ein. Abgesehen davon, daß die Verwendung von zwei getrennten Dichtungen aus Fertigungs- und Montagegründen ungünstig ist, besteht bei dieser bekannten Ausbildung die Gefahr, daß der in der Ringnut sitzende Dichtring unter der gleichzeitigen Einwirkung des hohen hydraulischen Arbeitsdrucks und der von der Kolbenstange ausgeübten Reibungskraft so stark deformiert wird, daß Druckmittel unter Umgehung des Dichtrings an der Umfangswand und am Boden der Ringnut entlang aussickert

Aus der GB-PS 11 63 084 ist es andererseits bei einer Zahnstangen-Hilfskraftlenkung bekannt, an der der angrenzenden Arbeitskammer des Servomotors zugekehrten Stirnseite eines rohrförmigen Gehäuseteils einen elastischen Dichtring anzuordnen, der zwei Dichtkanten trägt, von denen die eine Cichtkante der Abdichtung zwischen Gehäuseteil und Zylinderwand und die andere Dichtkante der Abdichtung zwischen Gehäuseteil und Kolbenstange dient.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Dichtrings für eine hydraulische Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, der den rohrförmigen Endabschnitt des Gehäuses sowohl gegenüber der Kolbenstange als auch gegenüber der Zylinderwand mit besonders guter Wirkung abdichtet und der unmittelbaren Einwirkung des hydraulischen Druckmittels und des Arbeitsdrucks in der angrenzenden Arbeitskammer entzieht, und bei dem keine Gefahr von Undichtigkeiten infolge von Verformungen oder Verlagerungen unter dem Einfluß der vom Druckmittel und von der Kolbenstange _λ ausgeübten Kräfte besteht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Dichtring nach der Erfindung dient sowohl der Abdichtung zwischen dem rohrförmigen Gehäuseteil und der Kolbenstange als auch der Abdichtung zwischen dem rohrförmigen Gehäuseteil und dem aufgeschobenen Ende der rohrförmigen Wand des Zylinders. Es ist also nur ein einziger Dichtring erforderlich. Die besonderen Formen des Dichtringes und des in diesen eingebetteten Verstärkungsringes gewährleisten einen sicheren Sitz des Dichtringes in der Ringnut und eine gleichbleibend gute Anlage an den abzudichtenden Flächen der Kolbenstange und der Zylinderwand ohne Gefahr von Verlagerungen und übermäßigen Verformungen infolge der auf den Dichtring einwirkenden hydraulischen und mechanischen Kräfte. Die ganze im Innern des Zylinders liegende Stirnseite des rohrförmigen Endabschnitts des Gehäuses ist von dem Dichtring überdeckt und somit der unmittelbaren Einwirkung des unter hohen Druck stehenden Druckmittels in der angrenzenden Arbeitskammer entzogen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine geschnittene Teilansicht einer Hilfskraft-

lenkung mit dem erfindungsgemäßen Dichtring,

F i g. 2 eine geschnittene Teilansicht eines bekannten Dichtrings in vergrößertem Maßstab,

F i g. 3 eine geschnittene Teilansicht entsprechend der von F i g. 2 mit einem erfindungsgemäßen Dichtring und

F i g. 4 eine geschnittene Teilansicht eines erfindungsgemäßen Dichtrings in entspanntem Zustand vor Einbau in den Servomotor in vergrößertem Maßstab.

In F i g. 1 ist eine Hilfskraftlenkung 20 gezeigt, die mit einem Paar lenkbarer Fahrzeugräder in bekannter in Weise mittels Spurstangen 22 und 24 verbunden ist Die Hilfskraftlenkung 20 umfaßt einen Servomotor 26 mit einem kreisförmigen, in einer zylindrischen Zylinderkammer 30 angeordneten Kolben 28. Der Kolben 28 ist fest mit einer zylindrischen Kolbenstange 32 verbunden, ι j vor der ein Endabschnitt als Zahnstange 34 ausgebildet •st. Die beiden Enden der Kolbenstange 32 sind mittels Kugelgelenken 36 und 38 mit den Spurstangen 22 und 24 verbunden.

In einem Gehäuse 44 aus Aluminiumguß ist zur .'» Steuerung des Servomotors 26 ein Ventil 42 mit einem Ventilschieber 48, der einen Lenkspindelanschluß 46 trägt, angeordnet, An das Gehäuse 44 sind eine Druckleitung 50 eine Abflußleitung 58 sowie Arbeitsleitungen 52 und 54 angeschlossen. Ein Ritzel greift in die >5 Zahnstange 34 ein.

Der Kolben 28 und eine rohrförmige Zylinderwand 64 bilden zusammen zwei Arbeitskammern 66 bzw. 68. Das linke Ende (siehe Fig. 1) der Arbeitskammer 66 ist durch einen zylindrischen Endabschnitt 72 des Gehäuses in 44 gebildet. Der Endabschnitt 72 des Gehäuses 44 ist in die rohrförmige Zylinderwand 64 eingeschoben. Die rohrförmige Zylinderwand 64 besteht aus Stahl und das Gehäuse 44 aus Aluminium. Das Gehäuse 44 hat eine zylindrische Außenfläche 76, auf die die zylindrische Innenfläche 78 der rohrförmigen Zylinderwand 64 aufgeschoben ist.

Bei einer bekannten Dichtung (siehe Fig.2) ist ein sich axial von dem zylindrischen Endabschnitt 72 des Gehäuses 44 nach außen erstreckender, ringförmiger w Rand 80 dem relativ hohen Fluiddruck in der Arbeitskammer 66 ausgesetzt. Eine Hauptdichtung 84 und eine zweite, aus einem O-Ring bestehende Dichtung 86 sind in der in Fig.2 gezeigten Weise angeordnet. Das Ende des Randes 80 ist, wie die Pfeile 88,90 zeigen, dem Fluiddruck in der Arbeitskammer66 ausgesetzt.

Fig.3 zeigt eine verbesserte Dichtung 96. Die Dichtung 96 hat einen ringförmigen Hauptabschnitt 100 mit einer kreisförmigen Innenfläche 102. Die Innenfläche 102 steht dichtend mit einer zylindrischen Außenfläche 104 der Kolbenstange 32 in Verbindung und dichtet so einen Spalt 106 ab.

Die Dichtung % hat einen ringförmigen Flanschabschnitt 110. Der Flanschabschnitt 110 erstreckt sich radial von dem Hauptabschnitt 100 nach außen. Der Flanschabschnitt 110 ist mit einer ringförmigen Außenfläche 112 versehen, die dichtend mit der zylindrischen Innenwand 78 der rohrförmigen Zylinderwand 64 in Eingriff steht.

Die Dichtung 96 ist in einer am axial äußeren ί>ο Endabschnitt des Gehäuses 44 ausgebildeten Ringnut 116 angeordnet. Die Ringnut 116 für die Dichtung ist zwischen dem sich axial erstreckenden Rand 80 und einer sich radial erstreckenden, ringförmigen Stirnfläche 118 des Gehäuses 44 ausgebildet. Der Rand 80 hat b5 eine ringförmige, sich axial erstreckende Innenfläche 122, an der der Hauptabschnitt 100 der Dichtung % eng anliegt, damit die Dichtung bei der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 32 axial festgehalten wird.

Die parallel zu der Innenfläche 122 verlaufende zylindrische Außenfläche 126 des Randes 80 liegt eng an der zylindrischen Innenfläche 78 der Zylinderwand 64 an. Der Flanschabschnitt 110 der Dichtung 96 liegt eng an der flachen radialen Stirnfläche 128 des Randes 80 an. Der relativ hohe Fluiddruck in der Zylinderkammer 66 drückt die Dichtung 96 fest in die Ringnut 116.

Die Dichtung 96 besteht aus einem Grundkörper aus Gummi oder einem ähnlichen elastischen Folymer, der sowohl an der axial bewegbaren Kolbenstange 32 als auch an der stationären Zylinderwand 64 dichtend anliegt Der Grundkörper aus elastischem Polymer wird durch einen metallischen Verstärkungsring 134 durch einen metallischen Haltering 136 gestützt Der Verstärkungsring 134 stützt den Flanschabschnitt 110 mit der dichtend mit der Zylinderwand 64 in Eingriff stehenden Außenfläche 112 ab (Fig.3). Weiter verhindert der Verstärkungsring 134 eine übermäßige Deformation des elastischen Polymers der Dichtung 96 aufgrund des relativ hohen Fluiddrucks in der Zylinderkammer 66.

Der Haltering 136 stützt das elastische Polymer des dichtend mit der Außenfläche 104 der Kolbenstange 32 in Eingriff stehenden Hauptabschnitts 100. Der Haltering 136 verhindert auch, daß das elastische Polymer des Hauptabschnitts 100 in den Durchgang 106 zwischen der zylindrischen Außenfläche der Kolbenstange 32 und der zylindrischen Innenfläche 140 des Gehäuses 44 gepreßt wird.

Der Verstärkungsring 134 hat ein abgewinkeltes Querschnittsprofil mit einem sich radial erstreckenden, ringförmigen Schenkel 144, dessen Seitenfläche 146 am Boden 118 der Ringnut 116 anliegt (F i g. 3 und 4). Der Schenkel 144 überträgt wirkungsvoll die Kräfte von der Dichtung 96 auf das Gehäuse 44. Weiter dient der Schenkel 144 zur Stabilisierung des Verstärkungsrings 134 in der Ringnut 116.

Der Verstärkungsring 134 ist mit einem ringförmigen, sich axial erstreckenden Steg 150 versehen, der zusammen mit dem ringförmigen Rand 80 den Hauptabschnitt 100 der Dichtung 96 festhält (Fig.4). Der Steg 150 erstreckt sich von dem Hauptabschnitt 100 der Dichtung 96 in den Flanschabschnitt 110. Der Steg 150 drückt das elastische Polymer der Dichtung 96 fest gegen die ringförmige Innenfläche 122 des Randes 80 des Gehäuses (F i g. 3). Dadurch wird die Dichtung 96 in der Ringnut 116 festgehalten, wenn sich die Kolbenstange 32 nach rechts bewegt (Fig. 1 und 3).

Ein ringförmiger Halteabschnitt 154 (Fig. 4) erstreckt sich radial von dem axial äußersten Endabschnitt des Stegs 150 des Verstärkungsrings 134 nach außen. Der Halteabschnitt 154 überträgt die gegen den Flansch 110 der Dichtung 96 axial gerichteten Druckkräfte über das elastische, auf der axial inneren Seite des Halteabschnitts 154 (Fig.4) angeordnete Polymer auf die ringförmige Stirnfläche 128 des Randes 80 (F i g. 3). Der Halteabschnitt 154 des Verstärkungsrings 134 erstreckt sich über die Stirnfläche 128 des Randes 80 zur Abstützung des Flanschabschnitts 110 der Dichtung 96 radial nach außen.

Ein ringförmiger Stützabschnitt 158 erstreckt sich axial vom radial äußeren Ende des Halteabschnitts 154 parallel zur Zylinderwand 64. Der Stützabschnitt 158 stützt di? sich axial erstreckende, ringförmige Außenfläche 112 des Flansches 110 ab. die dichtend an der zylindrischen Innenfläche 78 der Zylinderwand 64 anliegt. Der Stützabschnitt 158 verläuft Darallel zum

Steg 150 des Verstärkungsrings 134. Der Stützabschnitt 158 drückt das elastische Polymer, das radial außerhalb der zylindrischen Außenfläche des Stützabschnitts angeordnet ist, fest gegen die Innenfläche 78 der rohrförmigen Zylinderwand 64.

Zur sicheren Ausbildung einer dem Fluid standhaltenden Dichtung zwischen dem Flanschabschnitt 110 der Dichtung % und der Innenfläche der rohrförmigen Zylinderwand 64 ist eine ringförmige Dichtlippe 168 auf dem Flanschabschnitt 110 der Dichtung % vorgesehen. Die Dichtlippe 168 ragt über die zylindrische Außenfläche 112 der Dichtung 96 radial nach außen und steht mit der zylindrischen Innenfläche 78 der Zylinderwand 64 in Eingriff. Wenn die Dichtung 96 in dem Servomotor in der in F i g. 3 gezeigten Weise eingebaut ist, wird die Dichtiippe 168 radial nach innen gedruckt, und sie kann bis zu einem gewissen Maß axial seitwärts verbogen werden. Eine hinter der Dichtlippe 168 angeordnete Ringnut 172 bildet eine Drucksperre, d.h. einen Abschnitt, in dem der Fluiddruck geringer als der Druck in der Arbeitskammer 68 und größer als der Umgebungsdruck ist. Hierdurch wird die Druckdifferenz entlang der Dichtfläche 112 des Flanschabschnitts 110 vermindert.

Der Haltering 136 aus Metall hat eine ringförmige Innenfläche 176, die der zylindrischen Umfangsfläche 104 der Kolbenstange 32 gegenüberliegt, damit verhindert wird, daß elastisches Polymer des Hauptabschnitts der Dichtung % durch den Spalt 106 zwischen die Innenfläche 140 des Gehäuses 44 und der >o zylindrischen Umfangsfläche 104 der Kolbenstange 32 hindurch gepreßt wird. Eine ringförmige Stirnfläche 180 des Halterings 136 liegt am Boden 118 der Ringnut 116 an einer Stelle an, dre radial innerhalb der Stelle liegt, an der der Verstärkungsring 134 am Boden 118 anliegt. Hierdurch können die auf die Dichtung % wirkenden axialen Kräfte direkt über den Haltering 136 auf das Gehäuse 44 übertragen werden. Zusätzlich zu dem die kreisförmige Dichtfläche 102 abstützenden Hauptabschnitt 184 hat der Haltering 136 einen radial vorspringenden Stützabschnitt 186, der sich zum Verstärkungsring 134 hin erstreckt, damit die Berührungsfläche zwischen dem Haltering 136 und der ringförmigen Stirnfläche 118 des Gehäuses 44 so groß wie möglich ist.

Die Innenfläche 102, die an der zylindrischen Umfangsfläche 104 der Kolbenstange 32 anliegt, ist mit zwei gegen die Achsrichtung geneigten, ringförmigen Dachflächen 190 und 192 ausgebildet, die eine Kante 194, die radial innerhalb der ringförmigen Innenfläche 176 des Halterings 136 liegt, wenn die Dichtung % sich in dem in Fig.4 gezeigten, entspannten Zustand befindet, bilden.

Der Hauptabschnitt 100 der Dichtung % ist vorteilhaft mit einer sich axial erstreckenden ringförmigen Dichtlippe 198 versehen. Die Dichtlippe 198 hat eine sich axial erstreckende ringförmige Innenfläche 200, die an der zylindrischen Umfangsfläche 104 der Kolbenstange 32 dichtend anliegt. Radial außerhalb der Dichtlippe 198 ist ein ringförmiger Raum 204 mit dreieckigem Querschnitt angebracht.

Zur Erzielung einer widerstandsfähigen Abdichtung zwischen der Dichtfläche 102 und der zylindrischen Umfangsfläche 104 der Kolbenstange 32 umgibt eine in sich geschlossene, ringförmige Schraubenfeder 208 einen Teil des Hauptabschnitts 100 der Dichtung, der radial außerhalb der ringförmigen Innenfläche 102 der Dichtung liegt. Die Schraubenfeder 208 preßt die Innenfläche 102 der Dichtung zur Erzielung einer festen, dichtenden Berührung gegen die Kolbenstange 32. Um die Feder 208 gegen eine axiale Bewegung relativ zum Hauptabschnitt 100 der Dichtung 96 zu halten, ist der Hauptabschnitt mit einer Ringnut 210 versehen, in der die Feder 208 angeordnet ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtring für eine hydraulische Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, mit einem Servomotor, der eine sich axial durch einen Zylinder erstreckende Kolbenstange aufweist, von der ein Abschnitt als Zahnstange ausgebildet ist und die einen im Zylinder gleitbaren Kolben trägt, der den Zylinder in zwei Arbeitskammern unterteilt, und mit einem den Zahnstangenabschnitt aufnehmenden Gehäuse, das einen rohrförmigen Endabschnitt aufweist, auf den das eine Ende der rohrförmigen Wand des Zylinders aufgeschoben ist und dessen im Innern des Zylinders liegende Stirnseite eine zur Kolbenstange hin offene, zum Zylinder hin durch einen ringförmigen Rand begrenzte Ringnut zur Aufnahme des mit einer Dichtkante am Umfang der Kolbenstange anliegenden Dichiringes hat, in den ein Verstärkungsring von abgewinkeltem Querschnittsprofil eingebettet ist, der einen am Boden der Ringnut anliegenden Schenkel und einen sich im Abstand innerhalb des Randes erstreckenden Steg aufweist, wobei der der Kolbenstange zugekehrte innere Teil des Dichtringes durch einen am Boden der Ausnehmung anliegenden Haltering gestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (96) einen sich über die Stirnseite (128) des Randes (80) radial nach außen erstreckenden Flanschabschnitt (110) mit an der Innenfläche (78) der Zylinderwand (64) dichtend anliegender ringförmiger Außenfläche (112) hat, und daß der Verstärkungsring (134) einen sich vom Steg (150) über die Stirnseite (128) des Randes (80) radial nach außen erstreckenden Halteabschnitt (154) und einen sich vom Halteabschnitt (154) parallel zur Zylinderwand (84) axial erstreckenden ringförmigen Stützabschnitt (158) hat, wobei der Halteabschnitt (154) und der Stützabschnitt (158) in den Flanschabschnitt (110) des Dichtringes (96) eingebettet sind.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Flanschabschnitt (UO) der Dichtung (96) auf der axial der angrenzenden Arbeitskammer (66) zugewandten Seite der Außenfläche (112) eine von dieser durch eine Ringnut (172) getrennte, an der Innenfläche (78) der Zylinderwand (64) dichtend anliegende Dichtlippe (168) angebracht ist.