DE3333229A1

DE3333229A1 - Fluiddichtung

Info

Publication number: DE3333229A1
Application number: DE19833333229
Authority: DE
Inventors: Peter Park Ridge Ill. Szcupak
Original assignee: Chicago Rawhide Manufacturing Co Inc
Current assignee: Chicago Rawhide Manufacturing Co Inc
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1983-09-14
Publication date: 1984-03-22
Also published as: IT1168842B; IT8367957A0; FR2533289B1; CA1248983A; JPS59140966A; GB2127110B; JPH0697071B2; GB2127110A; FR2533289A1; MX156195A; GB8324657D0; MX171721B; US4527673A; AU1878083A; IT8353722V0; AU558257B2

Description

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Fluiddichtung

Die Erfindung betrifft eine Fluiddichtung und insbesondere eine Mehrzweckspezialdichtung für die Verwendung bei bewegungssteuernden Dämpfern und dgl.

Seit einigen Jahren wird eine erhöhte Aktivität" bei der Entwicklung von bewegungssteuernden Dämpfern, die gewöhnlich als Stossdämpfer bezeichnet werden, festgestellt. Solche Dämpfer stellen Teile der Aufhängung eines Fahrzeuges oder dgl. dar.

Zahlreiche derartige Dämpfer weisen eine Vielzahl von inneren Steuereinrichtungen zur Schaffung einer besonderen Dämpfungswirkung und Ruckstossteuerung auf. Diese Dämpfer haben häufig eine veränderbare Einfederungsgeschwindigkeit sowie andere spezielle Merkmale, die ein hochentwickeltes Arbeitsverhalten gewährleisten. Bei sämtlichen Bewegungsdämpfern besteht jedoch nach wie vor das Problem, dass es schwierig ist, den gestellten Dichtungsanforderungen gerecht zu werden.

Die Anforderungen an die Abdichtung der Dämpfer sind oftmals sehr hoch, zumal solche Dämpfer über viele Jahre den Bedingungen ausgesetzt sind, wie sie in der Umgebung von Strassen vorliegen, d.h. sie sind Splitt, Sandstaub, Wasser sowie extremen Temperaturen ausgesetzt und müssen dennoch eine Axialbewegung einer Stange ermöglichen und einen dünnen Schmierfilm schaffen sowie die Flüssigkeit eingeschlossen halten. Eine weitere Anforderung besteht darin, dass sie während ihrer Lebensdauer mehrere Millionen Arbeitszyklen aushalten müssen.

Moderne Dämpfer haben häufig einen gaseinschliessenden Bereich als auch einen fluideinschliessenden Bereich. Wenn das Dämpfungsfluid sich durch die kleinen Steueröffnungen von einer Seite des Kolbens zur anderen in dem Zylinder bewegt, um die Dämpfungswirkung zu schaffen, muss das von einer Seite des Kolbens verdrängte Fluid an der anderen Kolbenseite aufgenommen werden. Der Kolben wird durch eine Stange betätigt, wobei das mit der Stange verbundene Ende des Kolbens eine grössere Verdrängung schafft als das freie oder nicht mit einer Stange versehene Ende.

Die Volumenänderung des Dämpfungsfluides, die bei jedem Hub auftritt, wird ausgeglichen durch das Vorsehen eines Gases oder dampfförmigen Mediums, das relativ zu dem Fluid hochkompressibel ist. Bei manchen Bauarten wird das Gas separat bevorratet und bewegt sich in eine separate Speicherzone, während bei anderen Bauarten der Dämpfer mit einem Fluid in Gestalt einer Emulsion arbeitet. In jedem Fall bleibt bei maximaler Druckeinwirkung das Volumen des Fluides gleich, während das Gas zusammengedrückt wird. Bei Vorsehen einer Emulsion gelangen die bislang gelösten oder emulgierten Gase, nachdem der Dämpfer eine statische Stellung eingenommen hat, in einen demulgierten Zustand.

Daher muss bei der Abdichtung von bewegungssteuernden Dämpfern eine statische Gasdichtung gewöhnlich zwischen dem Gasvorratsraum und der Aussenseite längs eines Weges vorgesehen werden, der nicht mit dem Weg übereinstimmt, an dem die Dichtung gegen einen Austritt des Fluides angeordnet ist.

Durch die Erfindung soll eine verbesserte Dichtung für bewegungs steuernde Vorrichtungen geschaffen werden, die eine gute Schmutzsperre vorsieht sowie sowohl unter statischen als auch dynamischen Verhältnissen einen Einschluss des Fluides und Gases gewährleistet. Das Auf-

treten von Gasdruck unter Arbeitsbedingungen soll ferner nicht die radiale Belastung der Dichtung dergestalt beeinträchtigen, dass entweder Leckverluste auftreten oder hierdurch übermässiger Verschleiss hervorgerufen wird.

Die erfindungsgemässe Verbunddichtung umfasst ein Gehäuse und ein Dichtungselement aus elastomerem Material, das fest mit dem Gehäuse verbunden bzw. verklebt ist und eine Sperrlippe, eine primäre Dichtlippe für die Flüssigkeit und ein Paar Dichtlippen für das Gas oder · : dampfförmige Medium vorsieht. Jede Dichtlippe stellt Teil des primären Dichtelementes dar und gewährleistet, dass keine Leckverluste sowohl bei statischen als auch dynamischen Betriebsbedingungen auftreten. Wenigstens eine der fluiddichtenden Lippen ist integral an der primären Lichtlippe für die Flüssigkeit angeformt und wird in eine eingreifende Beziehung mit einem anderen Teil an einem zugehörigen Maschinenelement aufgrund seiner natürlichen Federsteifigkeit gedrückt.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vertikal geschnittene Teilansicht in vergrössertem Masstab einer bevorzugten Aus

führung sform einer Dichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vertikal geschnittene Teilansicht in verkleinertem Masstab mit Darstellung der

erfindungsgemäss aufgebauten Dichtung in Verbindung mit einem hydraulischen bewegungssteuernden Dämpfer oder dgl.und mit Darstellung von zwei abgedichteten Zonen sowie anderen Teilen des Dichtmechanismus und einem ausser-

halb desselben befindlichen Bereich,

Fig. 3 die Dichtung nach Fig. 2 kurz vor Ende ihrer Montage,

Fig. 4 eine Betriebsweise der erfindungsgemässen Dichtung, und

Fig. 5 ein weiteres Merkmal hinsichtlich des Betriebes der erfindungsgemässen Dichtung.

Die nachfolgend beschriebene Dichtung wird bei einem Dämpfer zur Bewegungssteuerung mit einem Steuerkolben und einer daran befestigten Kolbenstange verwendet. Dieser Steuerkolben bewegt sich in einem Grundkörper hin und her,das ein oder mehrere den Fluss eines Fluides steuernde Ventile aufweist. Bei dem abgedichteten Medium kann es sich sowohl um öl, z.B. Mineralöl, oder um ein Gas oder Gasgemisch, wie Stickstoff oder Fluorkohlenstoff (Freon) _t handeln.

Nach Fig. 1 umfasst die Dichtungsanordnung 10 ein Verstärkungselement oder Dichtungsgehäuse 12, ein Dichtungselement 14 aus einem elastomeren Material und eine radial wirkende Ringfedereinheit 16. Das Dichtungselement 14, das in herkömmlicher Weise aus einem synthetischen Elastomer besteht, umfasst einen Verbindungsabschnitt 18, der ein radial nach innen sich erstreckendes Teil 20 des Gehäuses 12 einfasst und in bekannter Weise an diesem Teil fest angebracht ist. Das Gehäuse 12 besteht aus Metall und hat einen radial ganz aussen liegenden oder Befestigungsteil 22, einen zwischenliegenden abgestuften oder versetzten Teil 24 und den zuvor erwähnten hinten liegenden oder Verbindungsteil 20. Das Gehäuse 12 kann aus Stahl oder einem anderen Metall, mit dem ein elastomeres Material verklebt werden kann, gebildet sein.

Das elastomere Dichtungselement 14 umfasst eine Vielzahl von Hauptkomponenten, nämlich eine Nut 26 für die Anordnung der Feder 16, einen radial wirkenden primären Lippen-

bereich 28, der eine Dichtung für eine erste abgedichtete Zone vorsieht, eine axial wirkende zweite Lippe 30, die für eine zweite abgedichtete Zone eine kombinierte Dichtungs- und Ventilwirkung vorsieht, eine sog. Schmutz- oder Sperrlippe 32 und eine zusätzliche Dichtlippe 34 für Gase und Fluide, die eine Hintergrundabdichtung der zweiten abgedichteten Zone gewährleistet.-

Das elastomere Dichtungselement 14 hat eine "ölseitige" kegelstumpfförmige Fläche 36 und eine "luftseitige" kegelstumpfförmige Fläche 38, die sich an einer im wesentlichen kreisförmigen Stelle,die ein primäres Dichtungsband 40 bildet, treffen. Die zweite Lippe 30 wird durch eine Verlängerung 42 der kegelstumpfförmigen Fläche 36 gebildet und kann die gleiche oder eine andere Neigung wie die Fläche 36 haben. Ausserdem bildet die Lippe eine profilierte vorzugsweie kegelstumpfförmige Ringfläche 44, die im wesentlichen radial nach aussen weist und mit der Fläche 42 durch eine ringförmige Übergangsfläche 46 verbunden ist, auf die im Detail noch eingegangen wird. Ein ringförmiger Vorsprung 48 zwischen den Flächen 36, 42 . bildet eine Abreisskante, die durch die Trennung des Elementes von dem in der Einlassöffnung der Giessform verbleibenden Abfall herrührt.

Die Sperrlippe 32 hat eine kegelstumpfförmige Fläche 50 mit einer Neigung, die entgegengesetzt zu der Neigung der Fläche 38 liegt; diese Fläche 50 oder ihre Verlängerung 52 trifft auf eine im wesentlichen radial gerichtete Ringfläche 54, wobei die Flächen 50, 52, 54 zusammen eine Lippe bilden, die einen Eintritt von Verunreinigungen in die abgedichtete Zone verhindern. Das Dichtungselement 14 umfasst ferner eine weitere kegelstumpfförmige nach aussen gerichtete Fläche 56, die an einer ringförmigen übergangsfläche 58 endet, welche wiederum in Verbindung mit einer

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im wesentlichen axial sich erstreckenden Ringfläche 60 steht,und diese Flächen bilden zusammen eine zusätzliche Lippe 34 für die zweite abgedichtete Zone.

Fig. 2 bis 3 zeigen Details des Dichtungsmechanismus und die Vorgehensweise der Montage der Dichtung 10. Im vorliegenden Fall ist die Dichtung bei einem Bewegungsdämpfer 35 vorgesehen; ein Ende umfasst eine äussere zylindrische Schutzhülle 62, die in Pressitz auf dem zylindrischen Teil 64 des Stossdämpfers 66 aufsitzt, der an einem radial nach innen gerichteten Endflansch 68 endet. Der Mechanismus 35 umfasst ferner eine hin- und herbewegliche Stange 70 mit einer zylindrischen radial nach aussen gerichteten Fläche 72. Ein Teil des Mechanismus 35 umfasst ferner einen Ventilkörper 74, der ebenfalls zylindrisch ist und zwischen dem Zylinder 64 und der Stange 70 liegt. Dieser Körper 74 enthält an einer Senkbohrung eine Endwand 76, eine Ausrundung oder Ecke 78 und einen zylindrischen Wandabschnitt 80. Eine radiale Passage 8 2 ist zum Durchlass einer Fluidströmung vorgesehen. Nach Fig.

liegt die primäre abgedichtete Zone 84 zwischen der inneren zylindrischen Fläche 88 des Ventilkörpers 74 und der äussere Fläche 72 der Stange 70. Die zweite abgedichtete Zone 86 liegt zwischen der Passage 82 und der radial nach aussen gerichteten Fläche des Dichtungselementes 14.

Fig. 3 zeigt weitere Aufbauteile des Dämpfers 35, insbesondere eine Stirnfläche 90 am Ventilkörper 74 und eine axial nach innen weisende Endfläche 9 2 am Flansch 68. Die Passage 82 wird, wie üblich,durch einen axial sich erstreckenden Flansch 94 und ein radial sich erstreckendes Loch oder eine Bohrung 96 gebildet, die mit einem entfernten Ende der Anordnung 35 in Verbindung steht.

Die Dichtung 10 wird, wie in Fig. 3 gezeigt, montiert.

Der Zylinder 64 wird stationär mit der darin angeordneten Dichtungsanordnung 10 gehalten. Das Gehäuse 12 befindet sich etwas von der inneren Fläche 92 des Flansches 68 in Abstand. Danach wird der Ventilkörper 74 in das Ende der Einheit 35 eingesetzt und in die durch die Pfeile angedeutete Richtung bewegt, bis die Stirnfläche 90 des Ventilkörpers 74 den Verbindungsteil 22 des Gehäuses 12 zwischen sich und der inneren Stirnfläche 92 des Flansches 68 einklemmt. Der Ventilkörper 74 wird dann dauerhaft durch Verschweissen oder in anderer Weise befestigt. Danach wird die Stange 70 mit dem an ihrem inneren Ende befestigten Kolben in den Körper eingesetzt, indem sie durch die vorher geschmierte innere Ausnehmung des Dichtungselementes 14 hindurchgeführt wird. Als Alternative hierzu kann die Dichtung auch zuvor auf die Stange 70 aufgesetzt und die Stange als auch das Stossdämpfergehäuse 66 darüber gepresst werden; in jedem Fall ist die Dichtung in geeigneter Weise gegen eine axiale und radiale Bewegung, sei es in der dargestellten oder anderer Weise, gesichert.

Fig. 4 und 5 zeigen die Arbeitsweise der Dichtung 10. Wenn in der ersten abgedichteten Zone 84 ein hoher Druck vorliegt, wird ein Austritt des Öls längs des Dichtungsbandes 40 des primären Lippenbereiches 28 durch die radiale Druckbeanspruchung der Dichtung verhindert. Wird der Druck in dieser Zone 84 übermässig hoch, kann eine gewisse Fluidmenge in die durch die Pfeile angedeutete Richtung durch einen kleinen Spalt 96 abfliessen, der vorübergehend zwischen den Flächen 46, 76 am Dichtungselement bzw. Ventilkörper gebildet wird. Da die dem Fluid ausgesetzte Oberfläche der Dichtung in der zweiten Dichtzone 86 grosser als die kegelstumpfförmigen Flächen 36, ist, besteht eine nur sehr geringe Neigung zum Abheben

der Dichtung von der Welle oder der Stange 70. Intermittierende Stossbeanspruchtungen oder hohe Druckimpulse können jedoch die- in Fig. 4 gezeigte druckablassende Ventilwirkung, d.h. das vorübergehende Abheben der Lippe 30 von der Wand 76, bewirken.

Fig. 5 zeigt eine zweite Eigenschaft der Dichtung 10, wobei

durch die Pfeile 98 angedeutet ist, dass in der zweiten

abgedichteten Zone 86 stets ein gewisser statischer Druck vorliegt.

Unter diesen Umständen wird die gesamte zweite Lippe 30 radial nach innen gedrückt, wobei eine axial nach innen sich erstreckende Komponente die Lippe 30 auch gegen die Wand 76 drückt. Ein höherer Druck in dieser Zone vergrössert somit lediglich die Dichtkraft und stellt sicher, dass die in Fig. 4 gezeigte Ventilwirkung nur eine Einwegwirkung ist. Bei gewissen Dämpferbauarten einschliesslich solcher, bei denen die erfindungsgemässe Dichtung eingesetzt wird, wird durch das in der Einheit verwendete und gewöhnlich in der Zone 86 vorhandene Gas eine gewisse Belastung, insbesondere während der Zeit, bei der der Stossdämpfer nicht im Einsatz ist, hervorgerufen. Bislang bestand die Gefahr, dass dieses Gas, das bei den meisten oder sämtlichen Stossdämpfern notwendigerweise vorhanden sein muss, aus der abgedichteten Einheit entweichen konnte.

Fig. 2 zeigt, wie beim Einsatz sowohl die Schmutzlippe 32 der Dichtung als auch die zusätzliche Dichtlippe 34 für Gas und Fluid zur Wirkung kommen. Die Lippe 34 legt sich eng an die Stirnwand 92 des Flansches 68 an und hat von Natur her eine elastische Wirkung ähnlich wie die Lippe 30 und will in eine festere abgedichtete . Beziehung bei einer Erhöhung des Gas- oder Fluiddruckes treten.

Im Gegensatz zur Lippe 30 ist die Lippe 34 keinen die dichtende Anlage schwächenden Kräften unterworfen, da

auf die Seite, die nicht dem Gas oder anderen Fluid in der zweiten abgedichteten Zone 86 ausgesetzt ist, lediglich der Atmosphärendruck einwirkt.

Ebenso schmiegt sich die Sperrlippe 32 eng an die Stange 70 an, doch arbeitet sie in einer relativ trockeneren Umgebung und dient zum Reinigen der Stange, indem sie wie ein Wischer wirkt. Dies gewährleistet, dass irgendwelche Verunreinigungen nicht in den Bereich des primären· " ..-■ bandförmigen Dichtteiles 40 gelangen. Das Vorsehen der " ^: zweiten Lippe 34 wird bevorzugt, da bei der Montage der Dichtung als auch zu einem späteren Zeitpunkt die Möglichkeit eines Entweichens des Gases oder anderen Fluides längs der Wand 92 besteht.Sollte ein Entweichen des Gases oder Fluides zwischen der nach aussen weisenden Fläche des Flansches 22 und der Stirnfläche 92 auftreten, so kann dieses in der Zone 100 (Fig. 2) gehalten werden. Diese Zone kann man ansehen, als ob sie in Verbindung mit der zweiten abgedichteten Zone 81 steht oder Teil dieser Zone 81 ist.

Durch die Erfindung wird somit eine vereinfachte Dichtung mit guter Wischwirkung, überragender primärer Abdichtkraft und der Fähigkeit geschaffen, schnelle Kraftschwankungen durch eine ventilierende Wirkung zu absorbieren. Ferner wirkt die Dichtung wie ein Einwegventil und kann darüberhinaus ein Entweichen des Gases aus einer zweiten abgedichteten Zone selbst unter statischen Verhältnissen über eine lange Zeitdauer verhindern.

Erfindungsgemäss kann ein Dämpfungsgas, das gezielt als separate Phase vorliegt oder·in dem Fluid emulgiert ist, wirksam abgedichtet und in der gewünschten Zone des Stoss-

dämpfers zur Erzielung einer optimalen Bewegungssteuerung, minimalen Schaumbildung und eines minimalen Wärmeverlustes gehalten werden, so dass über eine lange Zeitdauer ein stabiles Betriebsverhalten vorliegt. Die Dichtung befriedigt sämtliche vorgenannten Anforderungen bei minimalen Kosten und kann mit bekannten Techniken in wirtschaftlicher Weise unter Einhaltung sehr enger Toleranzen hergestellt werden.

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Fluiddichtung zum Halten von Fluiden in einem zuge-

hörigen abgedichteten Mechanismus mit relativ beweglichen Teilen, die in dem Mechanismus wenigstens eine Zone eines Paares fluidaufnehmender und -einschliessender Zonen bilden, insbesondere in Kombination mit einem abgedichteten Mechanismus^ der durch Verdrängung eines Fluides betätigt wird und ferner ein Gas oder dampfartiges Medium enthält sowie einen im wesentlichen rohrförmigen Grundkörper, wenigstens ein offenes Ende und eine Stange aufweist, die sich durch das offene Ende erstreckt und im rohrförmigen Grundkörper hin- und herbewegend gehalten ist, wobei durch den Mechanismus und die Dichtung wenigstens zwei abgedichtete Zonen gebildet sind, gekennzeichnet durch ein relativ steifes Gehäuse (12) mit einem Halteflansch (22), der in einen Bereich des abgedichteten Mechanismus aufgenommen und fest-

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halten ist, und mit einem radial innenliegenden Verbindung steil (20), mit dem ein Dichtungselement (14) fest verbindbar ist, wobei das mit dem Befestigungsteil des Gehäuses verbundene Dichtungselement (14) aus einem elastomeren Material besteht, eine im wesentlichen ringförmige Gestalt hat und Bereiche aufweist/ die eine primäre Dichtlippe (28) und eine sekundäre Dichtlippe (30) bilden, wobei die primäre Dichtlippe luft- und ölseitige kegelstumpfförmige Flächen (36, 38) umfasst, -- ·■ die sich längs einer im wesentlichen kreisförmigen Stelle (40) unter Bildung eines Dichtbandes treffen, das mit einem zugehörigen abgedichteten Teil in enger dichtender Beziehung tritt, wobei die ölseitige kegelstumpfförmige Fläche teilweise zur ersten der beiden fluideinschliessenden abgedichteten Zonen im Mechanismus gerichtet ist und ein anderer Teil der primären Dichtlippe einen druckentlastenden Ventilbereich schafft, der teilweise durch eine radial nach aussen gerichtete Ringfläche (44) , eine ringförmige Übergangsfläche (46), die sich wenigstens teilweise radial nach innen von der nach aussen gerichteten Fläche erstreckt und einen wenigstens teilweise axial gerichteten Flächenbereich aufweist, sowie eine weitere Fläche (42) der kegelstumpfförmigen Konfiguration, die sich zu der ölseitigen kegelstumpfförmigen Fläche (36) erstreckt und mit dem radial aussen liegenden Bereich verbunden ist, gebildet ist, wobei die Übergangsfläche mit einem im wesentlichen radial sich erstreckenden Flächenbereich (76) an dem zugehörigen abgedichteten Mechanismus zusammenwirkt, um ein Dichtband für die zweite abgedichtete Zone zu · bilden und durch die natürliche Federsteifigkeit der primären Lippe des elastomeren Dichtelementes gegen diesen Flächenbereich gedrückt wird, und wobei die sekundäre Dichtlippe ebenfalls wenigstens zwei Ringflächen aufweist, die einander treffen, um in Verbindung mit dem beweglichen Teil des abgedichteten Mechanismus ein im wesentlichen kreisförmiges radial nach innen wirkendes Sperrdichtungsband (52) gegen Eindringen von Staub und dgl. vorzusehen.

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2. Fluiddichtung nach Anspruch 1„ dadurch gekennzeichnet , dass der Halteflansch ein radial sich erstreckender Flansch (22) ist,, der zwischen einem Paar in axialem Abstand voneinander gegenüberliegenden Flächen (92, 90), die Teile des abgedichteten Mechanismus sind, angeordnet und gehalten ist»
3. Fluiddichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die sekundäre Dichtlippe (30) ferner eine wenigstens teilweise axial gerichtete Dichtlippe (32, 34) umfasst, welche mit einem Bereich des abgedichteten Mechanismus längs eines Dichtbandes in Eingriff kommt, das zwischen einem axial aussen liegenden Teil der Dichtlippe und einem zweiten radial sich erstreckenden Teil des abgedichteten Mechanismus gebildet wird.
4. Fluiddichtung nach Anspruch 1_f gekennzeichnet , durch eine ringförmige geschlossene Schraubenfeder (16), die eine Nut (26) umgibt und in festem Eingriff mit dieser steht, welche in der primären Dichtlippe im Bereich der radial nach aussen gerichteten Ringfläche (44) ausgebildet ist und auf das elastomere Dichtelement zur Schaffung einer erhöhten Belastung einwirkt.