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Dichtungsanordnung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung
von Kolbenstangen von hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Aggregaten
wie Schwingungsdämpfer, Gasfedern und hydropneumatischen Federungen, bei denen der
Innenraum mit mindestens einem Dämpfungsmittel gefüllt ist und der bereits im Ruhezustand
einen Oberdruck aufweist, wobei mindestens eine im Außenteil angeordnete an der
durch eine Führung geführten Kolbenstange anliegende Dichtung den Innenraum des
Aggregates gegenüber der äußeren Atmosphäre abdichtet und die Dichtung in einer
hinterschnittfreien Aufnahmebohrung aufgenommen und zum Innenraum hin von einer
an einem zylindrischen Teil des Aggregates sich abstützende Scheibe gehalten ist,
wobei ggf. zusätzlich ein Abstreifring vorgesehen ist.
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Es sind Dichtungen bekannt (DE-PS 29 o5 928, US-PS 3 224 817), bei
denen jeweils ein einzelner Dichtring kombiniert mit einem Abstreifring angeordnet
ist. Derartig einzeln angeordnete Dichtringe gewährleisten keine sichere Abdichtung
des mit einem Oberdruck versehenen Innenraum des Aggregates gegenüber der Atmosphäre.
Geringfügige Beschädigungen des Dichtungsringes führen bereits zum Ausfall des gesamten
Bauteiles.
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Darüber hinaus sind Dichtungen bekannt (z.B. EP-OS 59 621), bei denen
der Dichtring in einer geschlossenen Nut eingebracht ist. Nachteilig ist hierbei,
daß sich solche Nuten relativ ungünstig fertigen lassen und eine Dichtungsmontage
nur problemlos bei Kolbenstangen mit großem Durchmesser möglich ist. Bei Verwendung
von Dichtungen aus Kunststoff kommt es bei kleineren Kolbenstangendurchmessern zu
bleibenden Verformungen aufgrund des spröden und unelastischen Materials, so daß
eine Dichtigkeit nicht gewährleistet ist. Bei Verwendung zweier Dichtringe axial
hintereinander empfiehlt daher der Hersteller das konstruktive Teilen der Nut, das
allerdings in jedem Falle eine Verteuerung dieses Komplexes bedeutet, da auch noch
zusätzlich eine O-Ring-Abdichtung erforderlich wird, die beide Dichtungen voneinander
trennt.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine sichere, leckage-
und reibungsfreie, billige Dichtungsanordnung mit mehreren Dichtungen zu schaffen,
deren Einzel dichtungen in einem Bauteil so aufgenommen werden können, daß eine
einfache und kostengünstige Herstellung des Aufnahmesitzes sowie eine problemlose,
für die Dichtung unverformbare Montage möglich ist und die zusätzlich noch eine
optimale Ausnutzung des Kolbenhubes gewährleistet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mindestens
zwei mit unterschiedlich großen Außendurchmessern versehene Dichtungen so angeordnet
sind, daß die im Außendurchmesser größte Dichtung dem Innenraum zugewandt ist und
sich hieran nach außen hin die jeweils nächst kleinere Dichtung anschließt, wobei
zwischen jeweils zwei benachbarten Dichtungen eine Scheibe, deren Außendurchmesser
dem Außendurchmesser der größeren Dichtung entspricht und die zur Kolbenstange hin
beabstandet ist, angeordnet ist.
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Bei dieser Ausbildung ist von Vorteil, daß die hintereinander angeordneten
Dichtungen nicht jeweils in einer eigenen separaten Nut aufgenommen werden müssen,
sondern durch eingelegte Scheiben voneinander getrennt werden können, wobei aufgrund
des unterschiedlichen Außendurchmessers der Dichtungen eine zusätzliche Abdichtung
untereinander mittels eines O-Ringes entfallen kann. Darüber hinaus ist eine spanlose
Formgebung des die Dichtungen aufnehmenden Deckels möglich, da durch die hinterschnittfreie
Aufnahmebohrung die Möglichkeit des Tiefziehens, Fließpressens oder Kaltfließpressens
besteht.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die zur Atmosphäre hin angeordnete
Dichtung in ihren baulichen Abmaßen verkleinert werden kann, da diese Dichtung ohnehin
wesentlich geringer durch Druck beaufschlagt wird. Durch die Verkleinerung dieser
Dichtung wird bei gleichbleibender Dichtwirkung die Reibung gegenüber der Kolbenstange
auf ein Minimum reduziert. Die im Aufnahmebauteil entstandene hinterschnittfreie
stufenförmige Bohrung wird vorteilhaft genutzt, um eine Scheibe, auf der die größere
Dichtung druckbeaufschlagt ruht, abzustlützen. Durch die Untermauerung der Scheibe
durch die stufenförmige Aufnahmebohrung ist eine kostengünstige Ausführung dieser
Scheibe möglich, da sie als dünnwandiges Stanzteil ausgeführt werden kann.
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Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß die Aufnahmebohrung
stufenförmig verjüngt ausgehend vom Innenraum in der Kolbenstangenführung angeordnet
ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, daß die der Führung der
Kolbenstange dienende Kolbenstangenführung direkt mit der Aufnahmebohrung für die
Dichtung ausgebildet wird. Dabei erfolgt die axiale Fixierung des Dichtungskomplexes
durch die zwischen der Kolbenstangenführung und dem Zylinderohr sich abstützende
Scheibe. Dabei wird die Dichtung von Führungsaufgaben für die Kolbenstange freigestellt,
so daß sich zwischen den Dichtungen kein unsymmetrisch einlaufender hoher Schleppdruck
aufbauen kann.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß jede einzelne
Dichtung aus einem der Kolbenstange zugewandten Dichtring und einem den Dichtring
radial umgebenden äußeren O-Ring besteht. Dabei hat sich als besonders günstig erwiesen,
wenn der innere Dichtring aus PTFE-Kunststoff hergestellt ist.
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Eine derartige Ausführungsform besitzt den Vorteil, daß der relativ
hohe und pulsierende Druck im Innenraum eines solches Aggregates aufgrund der sehr
formstabilen reibungsmindernden zweiteiligen Dichtung aufgefangen werden kann.
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Es läßt sich dabei die innere Dichtung (Primärdichtung) durch den
radial äußeren O-Ring (Sekundärdichtung) derartig vorspannen, daß er optimal an
der Kolbenstange anliegt und ein Verschleiß der inneren Dichtung durch die Vorspannung
des O-Ringes kompensiert werden kann. Dichtungen dieser Art müssen absolut sicher
sein, da sich derartige Aggregate einen Ölverlust aus Funktionsgründen nicht erlauben
können. Die inneren Dichtungen sind dabei in vorteilhafter Weise so geformt, daß
die Preßungskurve von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite steil ansteigt und
flach abfällt, so daß das Dämpfungsmittel von der hinausfahrenden Kolbenstange fast
vollständig abgestriffen wird und daß der nach außen getragene Restölfilm beim Rückhub
wieder in den Hochdruckraum zurückgeschleppt werden kann.
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Durch die Verwendung zweier Dichtungen hintereinander wird demnach
die Kolbenstange entsprechend sauber abgestreift, wobei zwischen den einzelnen-
Dichtungen ein kleinerer der sogenannte Zwischendichtungsdruck vorhanden ist, der
eine Ölrückführung in den Hochdruckraum zusätzlich begünstigt.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal sieht vor, daß der innere Dichtring
mindestens eine nach. innen gerichtete Dichtlippe aufweist.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jede einzelne Dichtung
in axialer Richtung mit Spiel in ihrem Dichtsitz aufgenommen ist, so daß das Dämpfu-ngsmitt-el
hochdruckseitig beaufschlagt wird. Dadurch entsteht jeweils ein zum Hochdruck zeigender
Spielraum. Dieser Spielraum trägt dazu bei, daß das unter Druck stehende Dämpfungsmittel
stets die Dichtungen von der Hochdruckseite her symetrisch und gleichmäßig beaufschlagt,
so daß die optimale Kräfteverteilung, die eine solche Dichtung auszeichnet, zustandekommt.
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Um ein zusätzliches Eindringen von Staub und Schmutz von außen zu
verhindern, ist nach einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Dichtungsanordnung
zur Atmosphäre hin ein Abstreifring vorgschaltet ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in der Zeichnung
schematisch dargestellt.
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Es zeigt: Figur 1 eine Niveauregelungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge
im Schnitt Figur 2 eine Dichtungsanordnung zwischen einer Kolbenstange und einem
Arbeitszylinder schematisch Figur 3 eine Dichtungsanordnung im Prinzip wie in Figur
2 dargestellt, jedoch mit drei schematisch gezeichneten einzelnen Dichtungen
Figur
4 eine Dichtungsanordnung im Prinzip wie in Figur 2 dargestellt, jedoch mit einem
zusätzlichen Abstreifring Figur 5 eine Dichtungsanordnung mit einer Doppeldichtung
als Einzelheit Figur 6 eine weitere Ausführungsform der in Figur 5 dargestellten
Dichtungsanordnung als Einzelheit, jedoch mit einer unterschiedlich gestalteten
Kolbenstangenführung Die in Figur 1 dargestellte Niveauregelungsvorrichtung für
Kraftfahrzeuge besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 1 des Federbeines,
in dem ein Dämpfungskolben 2 am Ende einer hohlen Kolbenstange gleitet. Der Arbeitszylinder
1 ist auf der einen Seite durch einen Boden 4 und auf der anderen Seite durch einen
Deckel 5 abgeschlossen, durch den die hohle Kolbenstange 3 abgedichtet nach außen
tritt. Der Boden 4 ist mittels eines Befestigungsstiftes 6 am Aufbau des Fahrzeuges
und die Kolbenstange 3 mittels eines Befestigungsauges 7 an der Achse des Fahrzeuges
in nicht gezeigter Weise befestigt. Der Arbeitszylinder 1 ist von einer ringförmigen,
zum Teil mit Öl und zum Teil mit Gas gefüllten Ausgleichskammer umgeben, die durch
eine Zwischenwand 8 in eine Hochdruckkammer 9 und eine Niederdruckkammer lo unterteilt
ist. Ein Hochdruckgaspolster 9 ist von einem Ulraum 11 durch eine Membran 12 getrennt.
In der Niederdruckkammer lo sind Öl und ein Niederdruckgaspolster 13 nicht voneinander
getrennt. Der Ulspiegel 14 ist gestrichelt angedeutet. Im völlig abgeregelten, d.h.
im nicht hochgepumpten Zustand herrscht in der Niederdruckkammer lo gleicher Druck
wie in der Hochdruckkammer 11, 9.
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Der stirnseitige innere Arbeitsraum 16 zwischen Arbeitskolben 2 und
dem Boden 4 steht mit dem Ulraum 11 der Hochdruckkammer 9 über den Kanal in Verbindung.
Der stirnseitig zwischen dem Dämpfungskolben 2 und dem Deckel 5 angeordnete Arbeitsraum
18 arbeitet über Ventile des Dämpfungskolbens 2 mit dem stirnseitigen Arbeitsraum
16 des Arbeitszylinders 1 zusammen. Am Boden 4 ist eine Pumpenstange 19 durch ein
elastisches Lager 20 befestigt, die zusammen mit einem im Hohlraum der Kolbenstange
3 befindlichen Steuerhülse 15 geschaffenen Pumpenzylinder 21 eine Ulpumpe bildet.
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Die durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufenen Bewegungen der Fahrzeugachse
und der an ihr befestigten Kolbenstange 3 betätigen diese Ulpumpe, die ständig (11,
gesteuert durch das Saugventil 22 aus der Niederdruckkammer lo über das Druckventil
23, durch den Kanal 24 in den Arbeitszylinder 1 fördert. Dadurch werden der Dämpfungskolben
2, die Kolbenstange 3 mit der Steuerhülse 15 so lange auswärts geschoben, bis Steueröffnungen
25 der Pumpenstange 19 eine Verbindung zwischen dem mit Hochdruck beaufschlagten
Arbeitszylinder 1 und der Niederdruckkammer lo freigeben. Dadurch setzt die Abregelfunktion
ein. Das Druckventil 23 befindet sich im Endbereich 26 der hohlen Kolbenstange 3
und ist durch den Verschlußstopfen 27 in der hohlen Kolbenstange 3 axial fixiert.
Das Befestigungsauge 7 ist über ein entsprechendes Gewinde mit der hohlen Kolbenstange
3 verbunden.
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In der Kolbenstangenführung 5 befindet sich die Dichtung 29, 30, die
den Arbeitsraum 18 zur Atmosphäre hin abdichten. Diese Dichtung 29, 30 ist schematisch
dargestellt und wird in den nachfolgenden Figuren näher erläutert. Als Staubschutz
ist die Kolbenstange 3 gegenüber der Atmosphäre durch den Faltenbalg 40 geschützt.
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Die in Figur 2 dargestellte Dichtungsanordnung ist schematisch gezeichnet
und besteht im wesentlichen aus der Kolbenstange 3, der Kolbenstangenführung 5,
dem Zylinderrohr 1 sowie dem äußeren Mantelrohr 38. In der Kolbenstangenführung
5 ist die Aufnahmebohrung 28 angeordnet, die sich ausgehend vom Zylinderrohr 1 nach
außen hin stufenförmig verjüngt. In jeweils einer Stufe der Aufnahmebohrung 28 ist
eine Dichtung 29 und 30 aufgenommen, dabei ist die mit dem größten Außendurchmesser
versehene Dichtung 30 auf der dem Arbeitsraum 18 zugewandten Seite angeordnet. Zwischen
jeweils zwei benachbarten Dichtungen 29 und 30 ist eine der Abstützung dienende
Scheibe 31 vorgesehen. Zur axialen Fixierung der gesamten Dichtungsanordnung ist
die Scheibe 32 zwischen der Kolbenstangenführung 5 und dem Zylinderrohr 1 axial
unverschiebbar fixiert.
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Die Kolbenstangenführung 5 ist durch die Formgebung der Aufnahmebohrung
28 hinterschnittfrei gestaltet, so daß eine spanlose Formgebung möglich ist.
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Figur 3 zeigt eine weitere schematisch dargestellte Ausführungsform
einer Dichtungsanordnung im Prinzip wie in Figur 2 bereits dargestellt, jedoch mit
dem Unterschied, daß eine weitere Einzel dichtung 33 in einer entsprechenden Stufe
der Aufnahmebohrung 28 der Kolbenstangenführung 5 angeordnet ist. Zwischen der Dichtung
33 und der Dichtung 29 ist wiederum eine Abstützscheibe 34 vorgesehen.
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Die in Figur 4 gezeigte Dichtungsanordnung ist mit der in Figur 2
schematisch dargestellten Dichtung vergleichbar, indem die Dichtungsringe 29 und
30 über eine Scheibe 31 gegenseitig abgestützt sind, zusätzlich ist jedoch in einer
letzten Stufe ein Abstreifring 35 vorgesehen. Auch diese Ausführungsform mit einem
Abstreifring 35 ist ohne weiteres bei einer mehr als zweiteiligen Dichtung möglich.
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In Figur 5 ist ein Ausschnitt einer Niveauregelvorrichtung gezeigt,
bei der die Kolbenstangenführung 5 über eine Lagerbüchse 41 die Kolbenstange 3 führt.
In der Aufnahmebohrung 28 ist eine Dichtungsanordnung vorgesehen bestehend aus der
Dichtung 29 und 30. Jede Dichtung 29 bzw. 30 besteht aus einem Dichtring 36 und
einem radial äußeren O-Ring 37. Die entsprechend vorgesehene Abstützscheibe 31 ist
auf der Kolbenstangenführung abgestützt und weist zur Kolbenstange 3 hin Spiel auf,
so daß das Dämpfungsmittel aus dem Arbeitsraum 18 die Dichtungsanordnung hochdruckseitig
umgeben kann. Zur weiteren Verbesserung der Abdichtwirkung besitzen die inneren
Dichtringe 36 zusätzlich noch jeweils eine Dichtlippe 39. Ergänzend zum Faltenbalg
40 ist zusätzlich noch der Abstreifring 35 angeordnet, so daß keine Gefahr einer
von außen eindringenden Verschmutzung besteht. Eine derartige Dichtungsanordnung
gewährleistet eine zusätzliche Hubausnutzung um das Maß 42.
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Figur 6 ist im Prinzip mit der in Figur 5 dargestellten Dichtungsanordnung
vergleichbar, lediglich besteht der Unterschied darin, daß die Lagerbüchse 41 dem
Arbeitsraum 18 zugewandt ist, so daß die Lagerbüchse ständig vom Dämpfungsmittel
des Arbeitsraumes 18 umgeben ist.
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Da das Dämpfungsmittel aus Öl besteht, ist eine sogenannte nasse Lagerung
erzielt worden, die eine Reibungsverminderung durch einen ständig vorhandenen Ölfilm
gewährleistet. Ansonsten ist die Dichtung wiederum aus jeweils einem innenliegenden
Dichtring 36 und einem der radialen Vorspannung dienenden äußeren O-Ring 37 ausgeführt.
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Bezugszeichenliste 1 - Arbeitszylinder 2 - Dämpfungskolben 3 - hohle
Kolbenstange 4 - Boden 5 - Deckel, Kolbenstangenführung 6 - Befestigungsstift 7
- Befestigungsauge 8 - Zwischenwand 9 - Hochdruckkammer lo - Niederdruckkammer 11
- Ölraum 12 - Membran 13 - Niedruckpolster 14 - Ölspiegel 15 - Steuerhülse 16 -
innerer Arbeitsraum 17 - Kanal 18 - Arbeitsraum 19 - Pumpenstange 20 - elastisches
Lager 21 - Pumpenzylinder 22 - Saugventil 23 - Druckventil 24 - Kanal 25 - Steueröffnung
26 - Endbereich 27 - Verschlußstopfen 28 - Aufnahmebohrung 29 - Dichtung 30 - Dichtung
31
- Scheibe 32 - Scheibe 33 - Dichtung 34 - Scheibe 35 - Abstreifring 36 - Dichtring
(innen) 37 - O-Ring 38 - Mantelrohr 39 - Dichtlippe 40 - Faltenbalg 41 - Lagerbüchse
42 - Maß