DE4317489A1

DE4317489A1 - Stangendichtung

Info

Publication number: DE4317489A1
Application number: DE4317489A
Authority: DE
Inventors: Jochen Burgdorf; Wilhelm Beer; Mathias Wuerz
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1994-12-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Stangendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere zur Verwendung im Druckbereich bis zu p=180 bar.

Aus dem DE-GM 86 22 076 ist eine Stangendichtung bekannt, die einen aus Elastomermaterial bestehenden membranartigen Bereich aufweist. Dieser Bereich ermöglicht einerseits ein radiales Spiel der Stange, andererseits ist dieser Bereich als Schwachstelle gegenüber dem unter Druck stehenden Hydraulikmedium anzusehen. Insbesondere wenn das Hydraulikmedium unter sehr hohem Druck steht, ist eine derartige Stangendichtung den Belastungen im Dauerbetrieb nicht gewachsen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stangendichtung vorzuschlagen, die sowohl gegen hohen Druck langzeitbeständig ist, als auch keiner mechanischen Zerstörung durch eine Axialbewegung der Stange unterliegt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stangendichtung vorzuschlagen, die im Temperaturbereich bis zu T=-40°C sicher abdichtet, kostengünstig herstell- und montierbar ist, sowie gegen Zerstörung durch mit hoher Geschwindigkeit strömendes Druckmedium geschützt ist.

Gelöst werden diese Aufgaben durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen.

Nach Anspruch 1 ist vorgesehen, auf der einem Druckraum abgewandten Seite des vorzugsweise aus einem elastomeren Material bestehenden Dichtungsrings einen Stützring anzubringen, der aus einem stabileren bzw. steiferen Material als der Dichtungsring besteht. Dieser Stützring verhindert ein Einklemmen des Dichtungsrings zwischen der Stange und einer dem Druckraum abgewandten Befestigung der Stangendichtung. Besonders vorteilhaft ist diese Lösung bei Verwendung von unter hohem Druck stehendem Hydraulikmedium z. B. im Bereich von p=100. . .180 bar. Wegen des hohen Drucks muß die genannte Befestigung in diesem Fall bis fast an die Oberfläche der Stange heranreichen, wodurch die Gefahr besteht, daß der Dichtungsring in den schmalen Spalt zwischen Stange und Befestigung eingeklemmt werden könnte, insbesondere wenn die Stange schnelle axiale Bewegungen ausführt. Der erfindungsgemäße Stützring vermeidet dieses Problem da er aufgrund der höheren Steifigkeit seines Materials nicht in den genannten Spalt eindringen kann. Andererseits kann er aus einem gleitfähigen Material hergestellt sein und somit bis an die Stange heranreichen, so daß zwischen dem Stützring und der Stange kein Spalt entsteht, in den der Dichtungsring eindringen könnte. Eine Langzeitstabi lität der vorgeschlagenen Stangendichtung ist somit selbst bei einem Druck von p<200 bar gewährleistet.

Nach Anspruch 2 wird vorgeschlagen, daß der Dichtungsring den Stützring an dessen der Stange abgewandten und an dessen dem Druckraum zugewandten Seite umschließt. Es ist somit gewährleistet, daß Stützring und Dichtungsring formschlüssig verbunden sein können, wodurch es möglich wird, das vorgefertigte Bauteil einfach und kostengünstig zu montieren.

In den Ansprüchen 3 und 4 ist ein die Formstabilität des Dichtungsrings erhöhender Versteifungsring vorgeschlagen. Dabei kann dieser Versteifungsring entweder vollständig, oder aber auch nur teilweise in den Dichtungsring eingebettet sein.

Nach Anspruch 5 ist vorgesehen, eine Zugfeder im druckraumseitigen Bereich des Dichtungsrings anzuordnen, die diesen ringförmig umschließt und an die Stange preßt. Diese Zugfeder bewirkt, daß das Dichtelement immer an der Stange anliegt, auch bei tiefen Temperaturen, bei denen - bedingt durch unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten von Stange und Dichtungsring bzw. nachlassender Elastizität des Dichtungsrings - ein Abheben des Dichtungsrings von der Stange, d. h. eine Spaltbildung, zu befürchten wäre.

Nach Anspruch 6 ist vorgesehen, eine Schutzscheibe zwischen Druckraum und Dichtungsring anzuordnen, die diesen vor einströmendem Hydraulikmedium schützt. Es ist somit möglich, einen Druckanschluß in direkter Umgebung der Stangendichtung anzuordnen, ohne daß das Problem der Erosion des Dichtungsrings durch mit hoher Geschwindigkeit auf diesen strömendes Hydraulikmedium auftritt. Dabei kann die Schutzscheibe entweder direkt mit dem Dichtungsring verbunden, oder als eigenstän diges Bauteil ausgelegt sein.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Schutz scheibe ist in Anspruch 7 angegeben. Der kegelstumpf förmige Teilbereich kann den Dichtungsring vor Druck medium schützen, das in radialer bzw. in im wesent lichen radialer Richtung einströmt, während ein radial innenliegender kreisringförmiger Bereich den Dichtungs ring gegen axial einströmendes Medium schützt. Der radial außenliegende kreisringförmige Bereich kann z. B. zur Befestigung der Schutzscheibe dienen.

Besonders sinnvoll ist es, den Dichtungsring nach Anspruch 8 aus HNBR herzustellen. Dieses Material ist sowohl zur Anwendung bei hohem Druck, als auch im Temperaturbereich bis zu T=-40°C geeignet, sowie gut beständig gegenüber Hydrauliköl.

Nach Anspruch 9 ist vorgesehen, den Stützring aus Polybutylenterephtalat, insbesondere aus PBTP herzu stellen, welches verschleißfest, chemisch unempfindlich und über den gesamten Temperaturbereich von T=-40°C bis T=150°C eine ausreichende Steifigkeit aufweist.

In Anspruch 10 wird vorgeschlagen, die erfindungsgemäße Stangendichtung in einem Hydraulikzylinder einer mit unter hohem Druck stehenden Hydraulikmedium betriebenen kompakten Hilfskraftlenkanlage für Kraftfahrzeuge zu verwenden.

Weitere vorteilhafte Merkmale und die Funktion der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stangendichtung, eingebaut in einem Servozylinder einer hydraulischen Hilfskraftlenkanlage, in geschnittener Darstellung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Stangendichtung aus Fig. 1.

In Fig. 1 erkennt man den Servozylinder einer hydrau lischen Hilfskraftlenkanlage, wobei lediglich die Be reiche abgebildet sind, in denen sich eine erfindungs gemäße Stangendichtung befindet.

Am Zylindergehäuse 1 sind Druckanschlüsse 2, 3 ange bracht, die in jeweils einen Druckraum 4, 5 führen. Die Druckräume 4, 5 werden durch die Stangendichtungen 6, 7, das Zylindergehäuse 1, den Kolben 8 und die Stange 10 begrenzt. Der Kolben 8 weist eine Dichtung 9 auf und ist auf der Stange 10 angebracht. Die Druckräume 4 bzw. 5 sind über die jeweiligen Druckanschlüsse 2 bzw. 3 mit Hydraulikmedium beaufschlagbar. Dabei vergrößert sich der jeweils mit dem höheren Druck beaufschlagte Druck raum 4 bzw. 5, indem sich der Kolben 8 in die Richtung des jeweiligen anderen Druckraumes 5 bzw. 4 bewegt und somit die Stange 10 mitnimmt, die mit hier nicht darge stellten lenkbaren Rädern des Fahrzeugs verbunden ist.

Die erfindungsgemäßen Stangendichtungen 6, 7 werden von Trägerelementen 11, 12 geführt. Dabei ist das Träger element 12 direkt im Zylindergehäuse 1 befestigt, während das Trägerelement 11 über ein Halteelement 13 im Zylindergehäuse 1 befestigt ist. Dabei weist das Halteelement 13 einen radialen Abstand zur Stange 10 auf, während das Trägerelement 11 einen radialen Ab stand zum Zylindergehäuse 1 aufweist, wodurch einen radiale Beweglichkeit der Stange 10 im Bereich der Stangendichtung 6 erreicht wird. Dies ist zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen erwünscht. Fertigungs toleranzen können insbesondere im Bereich einer auf der Stange 10 angebrachten, hier nicht dargestellten Ver zahnung, die in das Ritzel einer Lenkanlage eingreift, auftreten. Im Bereich der Stangendichtung 7 ist ein derartiges radiales Spiel nicht vorgesehen. Stangen seitig werden die Druckräume 4 bzw. 5 über die Stangen dichtungen 6 bzw. 7 abgedichtet, zylindergehäuseseitig über die Dichtungen 38, 39 bzw. 40.

Die Druckanschlüsse 2, 3 sind als separate Bauteile vor gefertigt, und werden mit dem Zylindergehäuse 1 ver bunden. Im Zylindergehäuse 1 sind Bohrungen 14, 15 vor gesehen, die im Bereich der Stangendichtungen 6, 7 in die Druckräume 4, 5 führen. Auf der Außenseite des Zylindergehäuses 1 sind im Bereich der Bohrungen 14, 15 Ausnehmungen 16, 17 angebracht, in denen die Druckan schlüsse 2, 3 dichtend befestigt sind. Dazu weisen die Druckanschlüsse 2, 3 je einen umlaufenden Vorsprung 18, 19 auf.

Zwischen Stangendichtung 6 bzw. 7 und dem jeweiligen Druckraum 4 bzw. 5 befindet sich eine Schutzscheibe 20 bzw. 21, die verhindert, daß durch die Bohrung 14 bzw. 15 eintretendes Druckmedium direkt auf die Stangen dichtung 6 bzw. 7 auftrifft. Dadurch wird die Stangen dichtung 6 bzw. 7 vor einer möglichen Zerstörung durch mit hoher Geschwindigkeit eintretendes Hydraulikmedium geschützt. Die Schutzscheibe 20 bzw. 21 weist einen radial äußeren kreisringförmigen Bereich 22 und einen radial innenliegenden kreisringförmigen Bereich 23 auf, welche durch einen kegelstumpfförmigen Bereich 24 ver bunden sind. Über den Bereich 22 ist die Schutzscheibe 20 bzw. 21 zwischen dem Trägerelement 11 bzw. 12 und einem im Zylindergehäuse 1 angebrachten radial um laufenden Vorsprung 25 bzw. 26 befestigt. Der Bereich 23 weist einen radialen Abstand zur Stange 10 auf. Kegelstumpfförmiger Bereich 24 und kreisringförmiger Bereich 23 werden von durch die Bohrung 14 bzw. 15 eintretendem Hydraulikmedium getroffen und leiten dieses in axiale Richtung und in Umfangsrichtung des Zylindergehäuses 1 ab.

Der Aufbau der Stangendichtung 6 soll nun anhand von Fig. 2 erläutert werden.

Man erkennt den aus elastomerem Material bestehenden Dichtungsring 27, der druckraumseitig einen Federhalte bund 28 aufweist, in den eine Zugfeder 29 eingelagert ist. Im Bereich des Federhaltebundes 28 ist eine Dichtkante 30 angeordnet, eine weitere Dichtkante 31 schließt sich druckraumabgewandt an. Auf der druckraumabgewandten Seite des Dichtungsringes 27 befindet sich in dessen Innenbereich ein Stützring 32, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Stange 10 entspricht. Der Stützring 32 ist über eine umlaufen de Kante 33 formschlüssig mit dem Dichtungsring 27 ver bunden. In den Dichtungsring 27 eingelagert ist ein sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckender Versteifungsring 34. Radial außerhalb des Versteifungs rings 34 liegt der Außenmantel 35 des Dichtungsrings 27, der dichtend am Trägerelement 11 bzw. 12 anliegt.

Die im nicht eingebauten Zustand des Dichtungsringes 27 sich von diesem aus radial nach innen erstreckenden Dichtkanten 30 und 31 liegen, wie aus Fig. 1 er sichtlich, im montierten Zustand an der Stange 10 dichtend an. Ebenso liegt der Stützring 32 an der Stange 10 an, und verhindert dadurch ein Eindringen des Dichtungsringes 27 in einen zwischen Stange 10 und Trägerelement 11 bzw. 12 möglichen, geringfügigen Spalt. Der Dichtungsring 27 weist dazu zwei kegel stumpfförmige Flächen 36 und 37 auf, von denen die Fläche 36 an einer korrespondierenden Fläche des Stütz rings 32 anliegt. Bewegt sich die Stange 10 in die vom Druckraum 4 bzw. 5 abgewandte Richtung, und übt dabei eine in die gleiche Richtung weisende Kraft auf den Dichtungsring 27 aus, so bewirken die schräg gestellten Flächen 36 und 37, daß der Dichtungsring 27 radial nach außen ausweicht.

Bezugszeichenliste

1 Zylindergehäuse
2 Druckanschluß
3 Druckanschluß
4 Druckraum
5 Druckraum
6 Stangendichtung
7 Stangendichtung
8 Kolben
9 Dichtung
10 Stange
11 Trägerelement
12 Tragerelement
13 Haltelement
14 Bohrung
15 Bohrung
16 Ausnehmung
17 Ausnehmung
18 umlaufender Vorsprung
19 umlaufender Vorsprung
20 Schutzscheibe
21 Schutzscheibe
22 kreisringförmiger Bereich
23 kreisringförmiger Bereich
24 kegelstumpfförmiger Bereich
25 umlaufender Vorsprung
26 umlaufender Vorsprung
27 Dichtungsring
28 Federhaltebund
29 Zugfeder
30 Dichtkante
31 Dichtkante
32 Stützring
33 umlaufende Kante
34 Versteifungsring
35 Außenmantel
36 kegelstumpfförmige Fläche
37 kegelstumpfförmige Fläche
38 Dichtung
39 Dichtung
40 Dichtung

Claims

1. Stangendichtung zur Abdichtung eines hydraulischen Druckraums (4, 5) gegenüber einer axial beweglichen Stange (10) mittels eines Dichtungsringes (27) dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (27) auf seiner dem Druckraum (4, 5) abgewandten Seite mit einem Stützring (32) ver sehen ist.

2. Stangendichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Stützring (32) auf seiner der Stange (10) abgewandten und an seiner dem Druckraum (4, 5) zugewandten Seite von dem Dichtungsring (27) umschlossen ist.

3. Stangendichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Versteifungsring (34) in den Dichtungsring (27) eingebettet ist.

4. Stangendichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß sich der Versteifungs ring (34) im wesentlichen axial erstreckt.

5. Stangendichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zugfeder (29) im druckraumseitigen Be reich des Dichtungsrings (27) angeordnet ist.

6. Stangendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckraum (4, 5) und Dichtungsring (27) eine Schutzscheibe (20, 21) angeordnet ist.

7. Stangendichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schutzscheibe (20, 21) zwei kreisringförmige Bereiche (22, 23) aufweist, zwischen denen sich ein zumindest an nähernd kegelstumpfförmiger Bereich (24) erstreckt.

8. Stangendichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (27) aus hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk besteht.

9. Stangendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (32) aus Polybutylenterephtalat besteht.

10. Stangendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangendichtung (6, 7) in einem Hydraulik zylinder einer mit unter hohem Druck stehenden Hydraulikmedium betriebenen Hilfskraftlenkanlage in Kraftfahrzeugen eingesetzt ist.