DE4291050C2 - Hochdruckdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten einer Hydraulikeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Solche Einrichtungen, beispielsweise Schwingungsdämpfer, finden bei Fahrzeugen Verwendung. Die Bauweise und der Ein­ bau solcher Schwingungsdämpfer, auch als Federbeine, in Kraftfahrzeugen sind bekannt und brauchen hier nicht er­ läutert zu werden. Bekanntlich werden die Dämpfungskräfte größer, je stärker der Strömungsweg der Dämpferflüssigkeit in der Arbeitskammer von den Kolbenventilen gedrosselt wird.

Üblicherweise haben Schwingungsdämpfer eine zwischen der oberen Endkappe und der Kolbenstange eingebaute Dichtung, um die Leckage von Dämpferflüssigkeit bei den Kolbenbewe­ gungen zu verhindern. Diese Dichtungen haben für gewöhnlich mehrere an der Kolbenstange anliegende Lippen. Wenn auch solche Dichtungen das Auslecken von Dämpferflüssigkeit wirksam verhindern, so sind die Hersteller doch stets be­ strebt, diese Abdichtungen zu verbessern.

Insbesondere hat sich gezeigt, daß bei Fahrzeugaufhängungen mit Hydraulikeinrichtungen für hohe Drücke zur Niveauregu­ lierung des Fahrzeugs die bekannten Dichtungen mit der Zeit lecken, wenn das Fahrzeug länger steht. Ferner erzeugen be­ kannte Dichtungen verhältnismäßig hohe Reibungskräfte zwi­ schen der Kolbenstange und der Abdichtung, die den Dämpfer­ bewegungen hinderlich ist.

Bei Schwingungsdämpfern ist es bekannt (US-PS 4,720,085 und JP-60-179315) zwischen einer ersten und einer sekundären Dichtung eine Leckagekammer vorzu­ sehen, die über ein Ventil an ein Strömungsmittelreservoir angeschlossen ist. So kann durch die erste Dichtung durchtretende Leckage abgeführt und der auf die se­ kundäre Dichtung wirkende Druck verringert werden, um eine mögliche Zerstörung der sekundären Dichtung zu vermeiden. Ferner ist es bei einer Gleitringdichtung bekannt (DE 27 44 172), zusätzlich eine statische Dichtung vorzusehen, die zur Abdichtung bei stehender Welle mit einem Strömungsmitteldruck beaufschlagt ist. Ferner ist es bekannt (US-PS 4,469,017), die Kolbenstange eines Kolbenkom­ pressors mit Hilfe einer Dichtmanschette abzudichten, die von einem konischen Ring bei der hin- und hergehenden Bewegung der Kolbenstange auf die Dichtman­ schette gedrückt wird, während bei Stillstand der Kolbenstange der konische Ring zur Verbesserung der Abdichtung mit Strömungsmitteldruck auf die Dichtman­ schette gepreßt wird. Schließlich ist es auch bekannt (EP-PS 0 353 703), die Ab­ dichtung der Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers mit einem Dichtring vorzu­ sehen, der von einem O-Ring in Dichteingriff mit der Kolbenstange gedrückt wird. Dabei handelt es sich um die primäre Dichtung, die hochdruckseitig angeordnet ist und über die Strömungsmittel aus der Arbeitskammer in einen Leckagekanal über­ treten soll, um den auf die sekundäre Dichtung wirkenden Druck herabzusetzen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine druckabhängige Dichtung für eine Hydraulikeinrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, sowohl bei Bewegungen der Kolbenstange wie auch im Stillstand der Kolbenstange eine zuverlässige Abdichtung zu erzielen.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die sekundäre Dichtung, also die am Gehäuseende liegende Dichtung ar­ beitet druckabhängig. Damit soll bei jedem in der Leckagekammer auftretendem Druck die Leckage von Strömungsmittel zum Gehäuseäußeren vermieden werden. Ist das in der Leckageleitung zum Reservoir sitzende Ventil geschlossen, so ist der Druck in der Leckagekammer hoch und die sekundäre Dichtung ist mit hohem Druck beaufschlagt. Soll dagegen die Kolbenstange verschoben werden, so wird das Ventil geöffnet, der Druck in der Leckagekammer sinkt ab und damit verringert sich der Dichteingriff der sekundären Dichtung an der Kolbenstange, so daß diese leich­ ter beweglich ist, trotzdem aber ein Durchtreten von Strömungsmitteln nach außen verhindert ist. Die Abdichtung ist insbesondere auch dann wirksam, wenn die Kol­ benstange über längere Zeitdauer im Ruhezustand ist. Andererseits sind aber die an der Kolbenstange auftretenden Reibungskräfte der Dichtung wesentlich verringert, wenn die Kolbenstange verschoben wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Hydraulikeinrichtung mit Dichtung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen be­ vorzugten Ausführungsform;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 durch den Kolben in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 1 im Kreis 3 bezeichnete Abdichtung in vergrößertem Maßstab und

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 einer zweiten bevor­ zugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ab­ dichtung.

Die erfindungsgemäße Abdichtung kann bei rotierenden und verschiebbaren Bauteilen Verwendung finden. Die Erfindung eignet sich besonders für hydraulische Einrichtungen, bei denen eine Hydraulikflüssigkeit unter Druck auf der einen Dichtungsseite vorhanden ist, und die Flüssigkeit bei der Bewegung des Bauteils nicht auf die andere Dichtungsseite übertreten soll. Das erfindungsgemäße System ist im fol­ genden für eine Hydraulikeinrichtung beschrieben, wie sie für Kraftfahrzeuge Verwendung findet. Ein solcher Schwin­ gungsdämpfer soll jedoch nur ein Beispiel für eine Reihe von Abdichtungen sein, die erfindungsgemäß ausgebildet sind und andere Anwendungen finden.

In Fig. 1 hat ein Schwingungsdämpfer 10 eine Abdichtung 12 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Der Schwin­ gungsdämpfer 10 hat einen Druckzylinder 14 mit einer Ar­ beitskammer 16 für hydraulische Dämpferflüssigkeit. In der Arbeitskammer 16 verschiebt sich eine Anordnung 18 mit einem Kolben 20, der an einer Kolbenstange 22 befestigt ist. So wird die Arbeitskammer in eine untere und obere Kammer unterteilt. Die Kolbenstange 22 erhält eine Führung 24 im oberen Bereich des Druckzylinders 14.

Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Ventilausrüstung für den Kolben 20. Dabei ist ein oberer Anschlag für den Kolben 20 vorgesehen, wenn eine zwischen dem Kolben 20 und einer Schulter 28 der Kolbenstange 22 sitzende Scheibe 26 die Unterseite 29 (Fig. 1) der Stangenführung 24 berührt. Als unterer Anschlag ist eine Kolbenmutter 30 bzw. ein Element vorgesehen, das auf das untere Ende 32 der Kolbenstange 22 aufgeschraubt ist. Eine Wendelfeder 34 umgibt die Mutter 28 und stützt sich unten auf einem radialen Flansch 36 am un­ teren Ende der Mutter 30 ab. Das obere Ende der Feder 34 liegt an einer Federscheibe 38 an, die gegen die Unterseite mehrerer Ventilplatten 40 anliegt. Damit werden von der Fe­ der 34 die Ventilplatten 40 abdichtend an die Ventilsitze 42 im Kolbenkörper 44 gedrückt. Obere Ventilplatten 46 liegen zwischen dem Kolbenkörper 44 und einer Ringscheibe 26. Beide Ventilplatten 46 und 40 dienen zur Steuerung des Strömungsmittelweges durch den Kolben 20 über mehrere Kanä­ le 48 und 50. Eine Erläuterung einer solchen Anordnung 20 findet sich im U.S. Patent 4,113,072. Es können aber auch andere Anordnungen zur Steuerung der Druckmittelwege vor­ gesehen sein.

Bei der Kolbenbewegung findet ein Strömungsmittelaustausch zwischen der oberen und unteren Kammer 16 und zwischen der Kammer 16 und einem Reservoir 52 statt. Damit lassen sich Schwingungen zwischen den gefederten und ungefederten Mas­ sen eines Fahrzeugs gesteuert dämpfen.

Am unteren Ende der Arbeitskammer 16 sitzt ein Bodenventil 54 im Strömungsmittelweg zwischen der Arbeitskammer 16 und dem Reservoir 52, das vom Ringraum zwischen dem Druckzylin­ der 14 und dem Außenzylinder 56 gebildet ist. Zur Bauweise des Bodenventils 54 wird auf U.S. Patent 3,771,626 ver­ wiesen.

Der Schwingungsdämpfer 10 ist oben und unten mit etwa tas­ senförmigen Endkappen 58 und 60 versehen, die an entgegen­ gesetzten Enden des Außenzylinders 56, beispielsweise durch Schweißen, befestigt sind. Das Gehäuse besteht also aus den Endkappen 58 und 60 und aus dem Vorratszylinder 56. Das obere Ende der Kolbenstange 22 und die untere Endkappe 60 tragen Befestigungen zum Einbau zwischen Chassis und Achse eines Fahrzeugs.

Der Schwingungsdämpfer 10 in Fig. 1 hat einen Einlaß 65 zum Anschluß des Reservoirs 52 und der Arbeitskammer 16 an ein zentrales System 66. Mit diesem läßt sich Dämpferflüssig­ keit einfüllen oder abziehen entsprechend dem Signal eines Niveausensors o. ä. (nicht dargestellt), um das Niveau des Chassis einzustellen. Ein sekundäres Tragteil, nämlich eine Feder 68 um den Außenzylinder 56 stützt das Chassis zusätz­ lich mechanisch ab.

Fig. 3 zeigt eine erste bevorzugte Ausführung der bevor­ zugten druckabhängigen Abdichtung 12. Die Abdichtung 12 ist Bestandteil einer Stangenführung 24, die ein unteres Stan­ genführungsglied 70 aufweist, das neben der Arbeitskammer 16 zum radialen Tragen der Kolbenstange 22 vorgesehen ist.

Eine primäre Dichtung 72 liegt konzentrisch zwischen der Kolbenstange 22 und dem unteren Führungsbauteil 70 in einer radialen Ausnehmung 74, die im Bauteil 70 eingeformt ist. Die Größe der primären Dichtung 72 vermittelt einen engen Schiebesitz für die Kolbenstange 22. Insbesondere vermit­ telt die primäre Dichtung 72 ein vorbestimmtes Spiel zwi­ schen der Kolbenstange 22, so daß ein Verbindungspfad zwi­ schen der Arbeitskammer 16 und einer ringförmigen Leckagekammer 76 für eine Flüssigkeitsleckage gebildet wird. Dabei verursacht die primäre Dichtung 72 einen rela­ tiv hohen Druckabfall zwischen dem oberen Teil der Arbeits­ kammer 16 und der Leckagekammer 76 der Leckagerückführung 78. Dieses Spiel zwischen der Kolbenstange 22 und dem In­ nenumfang der Dichtung 72 erlaubt nur eine geringe Leckage, also nur einen sehr kleinen Energieverlust für das hydrau­ lische System 66. Außerdem kann die primäre Dichtung 72 auch als Trage- und Stützbauteil fungieren, um seitliche Belastungen von Seiten der Kolbenstange 22 auf das untere Führungsbauteil 70 zu übertragen. Gemäß Fig. 3 ist die pri­ märe Dichtung 72 eine ringförmige Hülse aus passendem Werk­ stoff, beispielsweise Bronze oder PTFE.

Die Leckagerückführung 78 ist in den Fig. 1 und 3 darge­ stellt und weist eine ringförmige Leckagekammer 76 zwischen passenden, radial gestuften Abschnitten des unteren Füh­ rungsbauteils 70 und einem oberen Stangenführungsbauteil 80 auf. Außerdem liegt ein radialer Kanal 82 im oberen Stan­ genführungsbauteil 80 und hat einen Auslaß 83 zum Anschluß an ein Ventil 84. Das Ventil 84 ist vorzugsweise ein Ein­ weg-Steuerventil, das die Verbindung der Kammer 76 mit dem Reservoir 86 des Systems 66 absperren oder öffnen kann. Um ein Auslecken der Flüssigkeit aus der Leckagekammer 76 zu verhindern, sind vom Druck "betätigbare" bzw. druckabhän­ gige Dichtungsmittel zwischen dem oberen Bauteil 72 und der Kolbenstange 22 vorgesehen. Hierfür ist eine sekundäre Dichtung 90 in einer Ringnut 92 des oberen Stangenführungs­ bauteils 80 angeordnet, und umgibt konzentrisch einen Teil der Kolbenstange 22 oberhalb der Leckagekammer 76. Die se­ kundäre Dichtung 90 ist in einem Bereich veränderlicher Flüssigkeitsdrücke wirksam, ohne daß Fluid durch die Dich­ tung strömen kann. Insbesondere ist die sekundäre Dichtung 90 in einer noch zu beschreibenden Weise in ihrer Wirkungs­ weise druckabhängig.

So hat in den Fig. 1 und 3 die sekundäre Dichtung 80 einen relativ festen Dichtring 94 in der Ringnut 92 für den Dichteingriff mit der Kolbenstange 22. Der Dichtring 94 wird von einem O-Ring 96 radial nach innen gedrückt und er­ zeugt somit eine im wesentlichen leckfreie Dichtung bei den verschiedenen Strömungsmitteldrücken. Das obere Stangenfüh­ rungsteil 80 hat auch eine zweite Ringnut 98 oberhalb der ersten Ringnut 92, in der eine dritte Dichtung 100 sitzt, die den Eintritt von externen Körpern (Schmutz und Staub) in das System 12 bzw. die Arbeitskammer 16 beim Hin- und Hergehen der Kolbenstange 22 verhindert.

Die Betriebsweise ist folgende: Ist der Strömungsmittel­ druck in der Leckagekammer 76 relativ gering, so kann sich die Kolbenstange 22 mit verhältnismäßig geringer Reibung gegenüber der sekundären Dichtung 90 bewegen. Das Ventil 84 kann (elektrisch, hydraulisch oder mechanisch) in eine Lage betätigt werden, in der der Strömungsweg 99 zwischen der Leckagekammer 76 und dem Reservoir 86 abgesperrt wird, wenn die Kolbenstange 22 für längere Zeit keine Bewegungen aus­ führt. Durch das Schließen des Ventils 84 wird die sekun­ däre Dichtung 90 einem erhöhten Strömungsmitteldruck in der Leckagekammer 76 ausgesetzt. Das hat zur Folge, daß die druckbeaufschlagte Dichtung 90 eine verhältnismäßig hohe Reibungskraft für die Kolbenstange 22 erzeugt, so daß eine Leckage vermieden wird. Soll sich nun die Kolbenstange 22 gegenüber der Führungsanordnung 24 verschieben, so wird das Ventil 84 geöffnet und die an der primären Dichtung 72 vor­ beileckende Flüssigkeit kann zum Reservoir 86 des hydrauli­ schen Systems 66 austreten. Dabei ist die sekundäre Dich­ tung 90 nur von den kleineren Drücken in der Leckagekammer 76 beaufschlagt, so daß die Kolbenstange 22 sich mit ver­ hältnismäßig niedriger Reibung verschieben kann. Damit ist durch die erfindungsgemäße druckabhängige Abdichtung 12 im wesentlichen jede Strömungsmittel-Leckage aus dem Schwin­ gungsdämpfer 10 verhindert. Ein mit einer derartigen An­ ordung ausgerüstetes Fahrzeug bleibt daher auf dem einge­ stellten Niveau auch nach längerer Zeit.

Fig. 4 zeigt eine alternative bevorzugte Ausführungsform einer druckabhängigen Abdichtung 100. Allgemein arbeitet die Dichtung 100 genauso wie das Dichtungssystem 12. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Hier entfällt jedoch die primäre Dichtung 72, deren Funk­ tion in das untere Stangenführungsteil 102 eingebaut wird. So hat dieses Teil 102 eine mittlere Öffnung 104, deren Größe so gewählt ist, daß ein vorbestimmtes geringes Spiel für die Kolbenstange 22 gebildet ist und damit Leckage aus der Arbeitskammer 16 zur Leckagekammer 76 übertreten kann. Die Bau- und Betriebsweise der anderen Elemente bleibt die gleiche.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Abdichten einer Hydraulikeinrich­ tung (10), mit einem Gehäuse (56, 58, 60) und einer im Ge­ häuse angeordneten Kolbenstange (22), die innerhalb einer mit hydraulischem Strömungsmittel gefüllten Arbeitskammer (16) verschiebbar ist und für die eine Führung (24) zwischen der Arbeitskammer (16) und einem Gehäuseende vorgesehen ist, wobei in der Führung (24) eine Leckagekammer (76) zwischen der Arbeitskammer (16) und dem Gehäuseende vorgesehen ist, über eine erste Dichtung (72; 104) Strömungsmittel aus der Arbeitskammer in die Leckagekammer lecken kann, die Leckage­ kammer an ein Reservoir (86) für Strömungsmittel angeschlos­ sen ist und in dieser Verbindung (83, 99) ein Ventil (84) vorgesehen ist, mit dem die Verbindung von der Leckagekammer in das Reservoir absperrbar ist, und mit dem die Verbindung zum Reservoir geöffnet werden kann, um in der Leckagekammer einen verringerten Druck zu erhalten, und wobei eine sekun­ däre Dichtung (90) in Dichteingriff mit der Kolbenstange (22) zwischen der Leckagekammer (26) und dem Gehäuseende ist, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Dichtung (90) eine druckabhängige Dichtung ist, die einen Dichtring (94) in Dichteingriff mit der Kolbenstange (22) und einen O-Ring (96) zum Andrücken des Dichtrings radial nach innen an die Kolbenstange aufweist, um die Leckage von Strömungsmittel bei unterschiedlichen Drücken zu verhindern, wobei die se­ kundäre Dichtung (90) abhängig vom Druck in der Leckagekam­ mer beaufschlagt wird, um bei geschlossenem Ventil (84) den Reibungswiderstand an der Kolbenstange zu erhöhen, so daß eine Leckage längs der Kolbenstange verhindert ist, und um bei geöffnetem Ventil den Reibungswiderstand für die Kolben­ stange zu verringern, wobei das Ventil während Stillstands­ zeiten der Kolbenstange geschlossen und beim Verschieben der Kolbenstange geöffnet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtung (72; 104) zwischen der Arbeitskammer und der Leckagekammer vorgesehen ist und über die Dichtung ein vorbestimmtes Strömungsmittel­ volumen in die Leckagekammer eintreten kann, um in der Leckagekammer gegenüber der Arbeitskammer einen geringeren Druck zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtung ein rohrför­ miges Dichtungsteil (72) ist, das zwischen der Kolbenstange und in einer ringförmigen Ausnehmung in der Führung (24) an­ geordnet ist und ein vorbestimmtes Spiel aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtung (104) von der Führung (70) gebildet ist und ein vorbestimmtes Spiel vorge­ sehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Dichtung in einer ersten Ringnut (92) der Führung (80) angeordnet ist, und die Leckage aus der Leckagekammer (76) nach außen verhindert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Dichtung (100) zwi­ schen der sekundären Dichtung und dem Gehäuseende (58) vor­ gesehen ist, die den Eintritt von Fremdstoffen zur sekun­ dären Dichtung und zur primären Dichtung verhindert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hydraulikeinrichtung ein Schwingungsdämpfer für Fahrzeuge ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsdämpfer an eine Niveauregelung angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (84) ein 2/2-Wegeven­ til ist.