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Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Dichtungsanordnung gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des
Patentanspruchs 3.
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Eine Hochdruck-Dichtungsanordnung dieses allgemeinen Typs ist
aus der FR-OS 518 187 bekannt. Dieses Dokument befaßt sich
mit einer Stopfbuchsenpackung, welche ein Dichtringelement
umfaßt, welches vorzugsweise aus einem reibungsarmen Metall,
wie z. B. Bronze oder dergl., hergestellt ist. Die frühere
Dichtungsanordnung zielt darauf ab, ein Fressen bzw. eine
Rillenbildung an einem Schaft oder einer Welle zu verhindern,
welcher bzw. welche drehbar und für eine begrenzte axiale
Bewegung ausgestaltet sein kann.
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Allgemein befaßt sich die vorliegende Erfindung mit
Dichtungssystemen und insbesondere mit Dichtungssystemen zum
Trennen einer Hochdruck-Gasquelle von einer Ölkammer unter
Verwendung einer Kombination von Dichtungskomponenten, welche
federnd vorgespannte kontinuierliche ringförmige Elemente
umfassen, die eine seitliche Bewegung zwischen den relativ
zueinander hin- und herbeweglichen Elementen auffangen, welche
durch die Dichtungselemente abgedichtet werden sollen.
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Die US-PS 4,537,422 offenbart ein Hochdruck-Dichtungssystem
zum Trennen eines Ölreservoirs von einer Hochdruck-Gasquelle,
und zwar speziell unter Verwendung einer Anzahl von im
Abstand voneinander angeordneten Dichtungselementen, welche
federnd vorgespannte, dynamische Dichtungskomponenten und
Elemente umfassen, auf die das Hochdruckgas einwirkt, um
zwischen dem hin- und herbeweglichen Element und dem Gehäuse
der Dichtungsanordnung eine Dichtung zu schaffen und so ein
Lecken von Gas zu verhindern.
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Die US-PS 3,129,948 umfaßt auch eine Stopfbuchsenpackung mit
federnd vorgespannten, dynamischen Dichtungskomponenten und
im Abstand voneinander angeordneten statischen
Dichtungskomponenten für eine Abdichtung zwischen einer mit einem Fluid
gefüllten Kammer und der Außenseite der Stopfbuchsenpackung.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, federnd vorgespannte
Keilelemente zu verwenden, um eine kontinuierlich
ausgebildete, ringförmige Kammer vorzuspannen, um zwischen relativ
zueinander beweglichen Elementen in axialer und radialer
Richtung eine Dichtung zu schaffen.
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Die früheren Vorschläge regen jedoch nicht zur Schaffung
einer Dichtungsanordnung an, in welcher keilförmige, federnd
vorgespannte Elemente kontinuierlich ausgebildete,
ringförmige Dichtringe bezüglich eines Puffers haltern, der an
einem Ende der Dichtungsanordnung eine Dichtungsabstützung
definiert, sowie ein entsprechendes keilförmiges Element,
welches einen zweiten ringförmigen, kontinuierlich
ausgebildeten Dichtring zwischen relativ zueinander beweglichen
Elementen vorspannt, die durch die gesamte Dichtungsanordnung
abgedichtet werden.
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Obwohl erkannt wurde, daß der kontinuierlich ausgebildete
Dichtring zwischen relativ zueinander beweglichen Elementen
eingeklemmt werden kann, fehlt es den früheren Anordnungen
weiterhin an einer Offenbarung einer Anordnung, welche eine
derartige Klemmwirkung verhindert, während sie den Widerstand
gegen ein Verdrehen der Dichtung während des Betriebes der
Dichtungsanordnung beibehält.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Dichtungsanordnung zu schaffen, welche ein derartiges
Einklemmen verhindert, während ein Widerstand gegen ein
Verdrehen der Dichtung während des Betriebes der
Dichtungsanordnung beibehalten wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit Hilfe der
Hochdruck-Dichtungsanordnungen gemäß Anspruch 1 bzw. 3 gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird somit ein hin- und herbeweglicher
Stößel oder eine Kolbenstange bezüglich eines
Gehäuseelementes mittels einer Dichtungsanordnung abgedichtet, welche
ein Paar vom im Abstand voneinander angeordneten, federnd
vorgespannten Dichtungsvorrichtungen umfaßt, von denen jede
ein federnd vorgespanntes Keilelement umfaßt, welches ein in
Umfangsrichtung kontinuierlich ausgebildetes Dichtungselement
bezüglich relativ feststehenden und relativ beweglichen
Elementen abdichtet, die von dem Dichtungselement erfaßt werden,
und insbesondere solche keilförmigen Elemente, welche eines
der Dichtungselemente zwischen einem relativ beweglichen
Element und einem einen statischen Puffer bildenden Element
federnd vorspannen und welche das andere Dichtungselement
zwischen dem relativ beweglichen Element und einem festen
Gehäuseelement federnd vorspannen.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die
im Abstand voneinander angeordneten federnd vorgespannten
Dichtungsvorrichtungen so ausgebildet, daß eines von ihnen
ein becherförmiges Halteelement umfaßt, welches mit Hilfe von
Unterlegeinrichtungen einstellbar mit Abstand an einer
Endkappe angeordnet ist, um eine Vorspannfeder bezüglich eines
keilförmigen Elementes zu positionieren, um ein kontinuierlich
ausgebildetes Element derart federnd vorzuspannen, daß eine
radiale Dichtfläche desselben in Eingriff mit einem
beweglichen Element positioniert wird und eine axiale Oberfläche
desselben in Eingriff mit einem statischen Pufferelement,
wobei die radialen und axialen Oberflächen des Dichtrings über
einen rechtwinkligen Oberflächenbereich verbunden sind, der
verhindert, daß das kontinuierlich ausgebildete
Dichtungselement zwischen den relativ zueinander beweglichen Elementen
eingeklemmt wird, die durch die Dichtungsvorrichtung
abgedichtet werden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das
bewegliche Element, welches durch die Dichtungsanordnung
abgedichtet wird, in Form eines Kolbens ausgebildet, und die
federnd vorgespannte Keilelementkomponente der
Dichtungsanordnung ist gegen eine kontinuierlich ausgebildete,
ringförmige Dichtung gerichtet, welche eine radiale Dichtfläche
und eine axiale Dichtfläche umfaßt, die über eine geknäuelte
bzw. gefaltete Oberfläche verbunden sind, die den Dichtring
gegen ein Verdrehen stabilisiert und das Dichtungselement
ferner derart verstärkt, daß die relative Lage der radialen
und der axialen Oberfläche desselben beibehalten wird, wenn
gegenüberliegende Oberflächen des Dichtungselementes mit
Hochdruckfluid-Druckdifferenzen beaufschlagt werden.
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Eine weitere Version der Erfindung umfaßt derartige
Dichtungskomponenten an einem relativ hin- und herbeweglichen
Element in einer mit Öl gefüllten Kammer, welcher ein
schwimmender Kolben zugeordnet ist, der ein Ende der Ölkammer
schließt und die Ölkammer von einer Hochdruck-Gaskammer am
gegenüberliegenden Ende des abgedichteten Gehäuses trennt.
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Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die
nachfolgenden Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung und deren beigefügte Zeichnungen deutlich
werden.
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Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines
Ausführungsbeispiels einer Hochdruck-Dichtungsanordnung gemäß
vorliegender Erfindung;
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Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines
Dichtungselementes, welches bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendet wird;
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Fig. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels einer Hochdruck--
Dichtungsanordnung gemäß vorliegender Erfindung;
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Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 verwendeten
Dichtungselementes;
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Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Teil-Querschnittsdarstellung
der Dichtungsanordnung gemäß Fig. 1 und
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Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Teil-Querschnittsdarstellung
einer Dichtungsanordnung in Fig. 3.
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Es wird nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen; in dieser ist eine
Hochdruck-Dichtungsanordnung 10 des Typs gezeigt, der zur
Verwendung in Fahrzeugradaufhängungen geeignet ist, wie sie
in der US-PS 4,537,422 gezeigt sind. In Fig. 1 sind lediglich
die Haupt-Betriebskomponenten der Radaufhängung 10 gezeigt.
Diese Komponenten sind in Verbindung mit einer hin- und
herbeweglichen Stange 12 gezeigt, die der hin- und
herbeweglichen Stange gemäß dem genannten Patent entspricht. Die
hin- und herbewegliche Stange 12 wird relativ zu einem
Gehäuse 14 bewegt, welches bei der gezeigten Anordnung das
untere Ende eines Fahrzeugrad-Armes einer unabhängigen,
extern (am Fahrzeug) montierten automatischen
hydropneumatischen Aufhängungseinheit bildet. Das Gehäuse 14 ist an
seinem unteren Ende durch einen Zylinderkopf 16 geschlossen,
welcher über geeignete Befestigungselemente, wie z. B.
Schrauben 18, mit einem offenen Ende 20 eines Gehäuses 14
eines Fahrzeugrad-Armes verbunden ist. Der Zylinderkopf 16
definiert, wie im Falle der unabhängigen hydropneumatischen
Aufhängungseinheit, die in der US-PS 4,537,422 offenbart ist,
einen Hohlraum bzw. eine Kammer 22, die mit Öl gefüllt ist.
Der Hohlraum 22 kommuniziert über einen Kanal 24 mit einer
Einkammer-Gasfeder 26, welche ebenfalls in dem zitierten
Patent beschrieben ist.
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Der Zylinderkopf 16 ist in eine Bohrung 28 des Gehäuses des
Fahrzeugrad-Armes eingesetzt. Er umfaßt einen darauf
sitzenden ringförmigen Dichtring 30, der an der Bohrung 28 in
dichtendem Eingriff mit dem Gehäuse 14 des Fahrzeugrad-Armes
steht, um eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 14 und dem
Zylinderkopf 16 zu schaffen. Gemäß gewisser Prinzipien der
vorliegenden Erfindung umfaßt das Dichtungssystem 10 ein Paar
von federnd vorgespannten Dichtungsvorrichtungen 32, 34, die
in axial im Abstand voneinander vorgesehenen Positionen längs
des Innendurchmessers des Gehäuses 14 angeordnet sind, wie
dies am besten in Fig. 1 zu sehen ist. Die federnd
vorgespannte Dichtungsvorrichtung 32 umfaßt ein becherförmiges
Halteelement 36, welches über Unterlagscheiben 38 an der
Stirnfläche 40 des Zylinderkopfes 16 gehaltert ist. Das
becherförmige Halteelement 36 stützt eine Feder 42 ab, die
ein Keilelement nach oben in das Gehäuse 14 vorspannt, um zu
bewirken, daß eine daran vorgesehene schräge ringförmige
Fläche 46 gegen eine dazu komplementär geneigte Oberfläche 48
des Dichtrings 50 wirkt.
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Wie in Fig. 1 und 5 gezeigt, ist der Dichtring 50 so
ausgebildet, daß er eine radiale Oberfläche 52 und eine axiale
Oberfläche 54 aufweist. Die radiale Oberfläche 52 steht
dichtend in Gleitkontakt mit der äußeren Oberfläche 56 der
Kolbenstange 12, und die axiale Oberfläche 54 ist gegen das
äußere Ende eines Dichtungs-Halteelements 60 vorgespannt. Das
Dichtungs-Halteelement 60 ist auf seinem Innendurchmesser mit
einem Hohlraum 62 ausgebildet, welcher einen Pufferraum
definiert. Der Pufferraum trennt die dynamische
Dichtungsvorrichtung 34 von großen Drucksprüngen in der Gasfeder. Die
Druckdämpfung des Pufferraums ergibt sich aufgrund des
Massenmoduls des Öls in dem Hohlraum und der
Leckgeschwindigkeit des Hohlraums im Vergleich zu derjenigen der
Dichtungsvorrichtung 32. Das Halteelement trägt an seinem äußeren
Umfang außerdem ein Paar von im Abstand voneinander
angeordneten, ringförmigen Dichtungen 64, 66. Jede dieser
Dichtungen umfaßt einen O-Ring 68 und ein Paar von flachen
Dichtringen 70, 72.
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Das innere Ende 74 des Dichtungs-Halteelements 60 steht in
Eingriff mit einer Feder 76, in der federnd vorgespannten
Dichtungsvorrichtung 34. Durch die Feder 76 wird das
becherförmige Halteelement 78 derart in die Einheit vorgespannt,
daß sie eine daran vorgesehene Schrägfläche 80 gegen eine
dazu komplementäre Schrägfläche 82 der Dichtung 84 drückt.
Der Dichtring 84 ist als ein kontinuierliches, in
Umfangsrichtung nicht unterbrochenes Element ausgebildet, an welchem
eine axiale Oberfläche 86 und eine radiale Oberfläche 88
vorgesehen sind, welche eine hinterschnittene Oberfläche 90 an
dem Gehäuse 14 bzw. ein im Abstand angeordnetes Segment an
der äußeren Oberfläche 56 der Kolbenstange 12 erfassen.
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Aufgrund der vorstehend erläuterten Anordnung wird die obere
Region 92, welche mit Öl gefüllt ist, bezüglich des Gases in
der Gasfeder 26 abgedichtet, obwohl ein Hub des Kolbens 12
zwischen einer bei 94 angezeigten statischen Position und
einer bei 95 gezeigten (Stoßdämpfer-)Durchschlagposition bzw.
inneren Endposition in dem Hohlraum 22 eine
Differenzdruckbedingung in der Größenordnung von 7 kN/cm²(10.000 p.s.i.)
bewirken kann. Die Fähigkeit der Dichtung, solche
Differenzdrücke abzudichten, ist der Tatsache zuzurechnen, daß das
Dichtungs-Halteelement 60 bezüglich der äußeren Oberfläche 56
Zwischenräume 96, 98 aufweist. Die Kolbenstange 12 kann
folglich um geringe seitliche Strecken verlagert werden, ohne die
Integrität der ringförmigen Dichtungen 64, 66 zu
beeinträchtigen. Gleichzeitig werden die Dichtringe 50, 84
verschoben, um eine derartige Verlagerung aufzufangen, wobei sie
jedoch trotzdem einen vollen Laufkontakt zwischen der
Oberfläche 56 und den radialen Oberflächen 52, 88
aufrechterhalten, während sie einen dichtenden Eingriff zwischen den
axialen Oberflächen 54 und 86 an der Stelle ihres dichtenden
Kontaktes mit dem Dichtungs-Halteelement 60 bzw. dem Gehäuse
14 aufrechterhalten.
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Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß jeder der Dichtringe
50, 84 darin einen rechtwinkligen Einschnitt bzw. eine
rechtwinklige Hinterschneidung 100 aufweist, welche, wie in Fig. 2
gezeigt, so dimensioniert ist, daß ein Kontakt mit einem
angrenzenden Kantenbereich 102 des Gehäuses 14 vermieden wird,
so daß eine seitliche Einstellung der Dichtringe erreicht
wird, ohne daß die Dichtringe zwischen den relativ zueinander
beweglichen abgedichteten Elemente eingefangen würden.
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Es wird nunmehr auf das Ausführungsbeispiel der Erfindung
gemäß Fig. 3, 4 und 6 Bezug genommen, wo ein Gehäuse 104
gezeigt ist. Dieses besitzt eine Bohrung 106, in welcher ein
Zylinderbuchse 108 für einen hin- und herbeweglichen Kolben
110 gehaltert ist, welcher mittels eines Kolbenbolzens 114
mit einer Verbindungsstange 112 verbunden ist. Die
Verbindungsstange 112 kann durch eine Reihe von
Betätigungseinrichtungen betätigt werden, beispielsweise durch eine
drehbare Spindel des in der US-PS 4,447,073 beschriebenen Typs.
Der Kolben 110 wird in der Buchse 108 zu einer Hin- und
Herbewegung angetrieben und trennt eine Hochdruck-Ölkammer 116
von einem Ölreservoir 118. Die Hochdruck-Ölkammer 116 ist von
einem Hochdruck-Gasfederhohlraum 120 durch einen schwimmenden
Kolben 122 getrennt, der in einer Verlängerung 124 der
Bohrung 106 gleitverschieblich gehaltert ist.
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Der schwimmende Kolben 122 trägt gemäß gewissen Prinzipien
der vorliegenden Erfindung ein ringförmiges
Dichtungs-Halteelement 126 für ein Paar von im Abstand voneinander
angeordneten federnd vorgespannten Dichtungsvorrichtungen 128,
130. Jede der Dichtungsvorrichtungen 128, 130 umfaßt eine
Vorspannfeder 132 und ein becherförmiges Halteelement 134.
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Das becherförmige Halteelement 134 umfaßt eine daran
vorgesehene schräge Oberfläche 116, die in Eingriff mit einer dazu
komplementären schrägen Oberfläche 138 eines Dichtrings 140
steht. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Dichtring
140 eine axiale Oberfläche 142, die in Eingriff mit einer
Dichtrippe 144 steht, die an dem Dichtungs-Halteelement 126
an einem mittleren (dazwischenliegenden) Punkt desselben
ausgebildet ist, wie dies am besten in Fig. 3 gezeigt ist. Eine
radiale Oberfläche 146 jedes der Dichtringe 140 ist in
dichtendem Eingriff mit der Bohrungsverlängerung 124
angeordnet. Der Kolben-Außendurchmesser 148 wird von der
Verlängerung 124 durch ein Paar von im Abstand voneinander
angeordneten Gleitringen 150, 152 im Abstand gehalten, welche die
Verlängerung 124 der Bohrung 106 erfassen, um ein Paar von
End-Dichtungen an dem schwimmenden Kolben 122 zu schaffen, um
den Druck zu verringern, mit dem die Dichtringe 140
beaufschlagt werden, wenn sie bezüglich der Verlängerung 124 in
Abhängigkeit von Hubbewegungen des Kolbens 110 hin- und
herbewegt werden. Die Dichtringe 140 können sich, wie im Fall
der Ringe bei dem ersten Ausführungsbeispiel seitlich frei
verschieben und dabei weiterhin einen guten dichtenden
Kontakt der radialen Oberflächen 146 bezüglich des Gehäuses 104
aufrechterhalten, um dadurch eine positive bzw. zwangsläufige
Abdichtung des Gases in dem Hohlraum 120 der Hochdruckfeder
zu gewährleisten.
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Bei der gezeigten Anordnung wird das Dichtungs-Halteelement
126 mittels einer Halteelement-Abdeckung 153 an Ort und
Stelle gehalten, die mittels Schraubverbindern 156 an einer
inneren Kolbenkomponente 154 gesichert ist. An der
Kolbenkomponente 154 ist ein Ende 158 kleinen Durchmessers vorgesehen,
welches eine ringförmige Dichtung 160 trägt, die dichtend am
inneren Durchmesser 162 des Halteelements 126 anliegt.
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Die Druckschwankungen bzw. -sprünge in der Ölkammer 116
werden an der Kolbenanordnung 110 durch ein einzigartiges
Hochdruck-Dichtungssystem abgedichtet, welches an dem Ende
des Kolbens 110 eine Rückhalteplatte 164 umfaßt, die mittels
Schrauben 166 an Ort und Stelle gehalten wird, um eine äußere
Dichtungsanordnung 168 an Ort und Stelle zu halten. Die
Dichtungsanordnung 168 umfaßt ein Ringelement 170, welches
einen O-Ring 172 trägt, der einen Dichtring 174
gleitverschieblich in dichtendem Kontakt mit der Innenfläche 166 der
Buchse 108 vorspannt. Der Dichtring 174 umfaßt eine schräg
geneigte Oberfläche 178, welche die Vorspannwirkung des
O-Rings 172 empfängt, um zu bewirken, daß eine radiale
Oberfläche 180 an dem Ring 174 in gut dichtendem Kontakt mit der
Buchsenoberfläche 176 gehalten wird, während die
Vorspannwirkung gleichzeitig eine axiale Oberfläche 182 des
Dichtrings gegen die hinterschnittene Oberfläche 184 eines
gleitverschieblichen Dichtungswagens 186 richtet. In dem
gleitverschieblichen Dichtungswagen 186 ist ein Gleitring 188
gehaltert, an dem eine verlängerte axiale ringförmige
Dichtungsfläche vorgesehen ist, die den Wagen 186 im Abstand
von der dichtenden Oberfläche 176 der Buchse 108 hält. Der
Wagen 186 trägt außerdem eine Feder 190 einer federnd
vorgespannten Dichtungsvorrichtung 192, die ähnlich ist wie
diejenigen, die bei dem schwimmenden Kolben 122 verwendet
werden. Die federnd vorgespannte Dichtungsvorrichtung 192 umfaßt
im einzelnen ein keilförmiges Element 194, an dem eine
schräge Oberfläche 196 vorgesehen ist, welche die
Federwirkung gegen eine ringförmige Dichtung 198 richtet, welche
sowohl eine axiale Oberfläche 200 als auch eine radiale
Oberfläche 202 aufweist, um sich dichtend an die Oberfläche 176
und den Grundkörperteil 204 des Kolbens 110 anzulegen. Der
Kolben besitzt ferner an seinem gegenüberliegenden Ende einen
Gleitring 206, der ebenfalls so ausgebildet ist, daß er den
Außendurchmesser (die Umfangsfläche) des Kolbens 110 im
Abstand von der Buchse 108 hält, so daß eine leichte seitliche
Verschiebung 110 aufgefangen werden kann, ohne das dichtende
Zusammenwirken der dynamischen Dichtungsflächen der Anordnung
bei diesem Ausführungsbeispiel zu stören.
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Was die ringförmigen Dichtungen 198 bei diesem
Ausführungsbeispiel anbelangt, so sind diese so ausgebildet, daß sie
eine Oberflächenkonfiguration mit zwei Stufen 208, 210
aufweisen, die bezüglich der Eckkanten der benachbarten
abgedichteten Elemente im Abstand angeordnet sind, um zu
verhindern, daß die ringförmigen Dichtungen in unerwünschter
Weise zwischen den relativ zueinander beweglichen
abgedichteten Elementen eingefangen bzw. eingeklemmt werden. Ferner
dienen die beiden stufenförmigen Oberflächen 210, 212 dazu,
ein unerwünschtes Verdrehen bzw. Tordieren der Dichtungen
bezüglich der feststehenden, abgedichteten Oberflächen der
Anordnung im Verlauf einer Hin- und Herbewegung der Dichtungen
zu verhindern.