DE4439242A1 - Abdichtelement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abdichtelement nach dem Gattungsbegriff der unabhängigen Ansprüche. Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Abdichtanordnungen zum Bewirken einer Abdichtung zwischen relativ beweglichen Teilen und insbesondere auf eine verbesserte Einzelelement-Abdichtanordnung, die Verunreinigungen daran hindert, in einen inneren statischen Bereich auf der statischen Seite der Abdichtanordnung einzutreten.

Einzelelement-Abdichtanordnungen speziell zur Verwendung bei der Vorgabe einer Abdichtung zwischen relativ beweglichen oder hin und her gehenden Oberflächen, wie beispielsweise Kolben und sie umgebende Zylinder und/oder Kolbenstangen und diese umgebende Gehäuse, sind im Stand der Technik allgemein wohlbekannt. Das Abdichtelement ist gewöhnlicherweise, aber nicht immer aus einen relativ nachgiebigen deformierbaren Abdichtmaterial, wie beispielsweise einem synthetischen oder natürlichen Gummi gebildet und ist im allgemeinen ringförmig. Typischerweise ist das Abdichtelement in einer ringförmigen Abdichtnut oder Stopfbuchse innerhalb einer der hin und her gehenden Oberflächen angeordnet, wobei die Nutenöffnung der anderen Oberfläche gegenüberliegt. Derartige Einzel-Abdichtelemente sind entworfen, um sowohl während eines Betriebs mit niedrigem Druck, d. h. unterhalb einer vorbestimmten Druckgrenze als auch während eines Betriebs mit hohem Druck, d. h. oder oberhalb der vorbestimmten Druckgrenze abzudichten. Im allgemeinen legt die Druckgrenze das spezifische Material fest, das verwendet wird, um das Abdichtelement zu bilden.

Während eine solche Abdichtanordnung im allgemeinen eine wirksame Abdichtung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Drücken vorgibt, hat das bekannte Abdichtelement aufgrund seines Aufbaus das Bestreben, Verunreinigungen in die Abdichtnut hinter dem Dichtelement hineinzuzwingen bzw. zu pumpen und somit in den inneren statischen Bereich zwischen dem Abdichtelement und der Oberfläche der Abdichtnut. Unter Umständen verursacht die Ansammlung von Verunreinigungen eine ungebührliche Abnutzung des Abdichtelementes innerhalb der Nut und besitzt das Bestreben, das Abdichtelement von der rückwärtigen Oberfläche der Abdichtnut hinwegzubewegen, was zu einer Leckage auf der statischen Seite des Abdichtelementes führt. Infolge einer solchen Leckage auf der statischen Seite wird die Abdichtung unter Umständen beeinträchtigt. Das bekannte Abdichtelement besitzt ferner einen Nachteil, derart, daß es das Bestreben hat, an der Abdichtfläche aufgrund von Beanspruchungskonzentrationen aufzubrechen und wegzubrechen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einzelelement-Abdichtanordnung anzugeben, bei der das Abdichtelement Verschmutzungen daran hindert, in den inneren statischen Bereich zwischen dem Abdichtelement und der Oberfläche der Nut einzutreten, wodurch ein guter Abdichtkontakt auf der statischen Seite aufrechtzuerhalten wird und eine ungebührliche Abnutzung des Abdichtelementes verhindert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Abdichtelementes gemäß der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Kurz zusammengefaßt umfaßt die vorliegende Erfindung ein Abdichtelement für die Anordnung in einer Ringnut mit einer Öffnung, ersten und zweiten parallelen Radialflächen und einer im allgemeinen axialen Oberfläche, die die ersten und zweiten Radialflächen verbindet. Das Abdichtelement besitzt einen allgemeinen ringförmig geformten Körperteil, der aus einem elastomeren Material besteht.

Der Körperteil umfaßt eine axiale Oberfläche, die der axialen Oberfläche der Nut gegenüberliegt, und eine erste radiale Oberfläche, die der ersten radialen Oberfläche der Nut gegenüberliegt. Die erste radiale Oberfläche des Abdichtelements berührt mit einem Ende die axiale Oberfläche des Abdichtelements, um einen Hinterkantenteil (Fersenteil) zu bilden. Eine erste allgemein abgewinkelte Oberfläche berührt mit einem Ende das andere Ende der ersten radialen Oberfläche des Abdichtelementes und eine zweite allgemein abgewinkelte Oberfläche berührt mit einem Ende das andere Ende der ersten abgewinkelten Oberfläche, um eine Hochdruck-Abdichtlinie zu bilden. Wenn das Abdichtelement in der Nut angeordnet ist, sind die ersten und zweiten abgewinkelten Oberflächen in Richtung der Öffnung der Nut gerichtet und stehen teilweise aus dieser hervor.

Bei Anordnung innerhalb der Nut bildet die erste radiale Oberfläche des Abdichtelementes einen spitzen Fersenwinkel gegenüber der ersten radialen Oberfläche der Nut. Bei Anlegung von Druck bildet das Abdichtelement einen inneren statischen Bereich, der durch den Eingriff der axialen Oberfläche des Abdichtelementes mit der axialen Oberfläche der Nut und durch den Eingriff der ersten radialen Oberfläche des Abdichtelementes mit der ersten radialen Oberfläche der Nut definiert ist. Infolgedessen verhindert das Abdichtelement Verunreinigungen am Eintritt in den inneren statischen Bereich.

Die vorangehende Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung werden besser verstanden, wenn sie im Zusammenhang mit den angefügten Zeichnungen gelesen werden. Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung ist in den Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das gegenwärtig bevorzugt wird. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf die genauen Anordnungen und dargestellten Verwirklichungen beschränkt ist.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kolbens und einer Zylinderanordnung, die die Verwendung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,

Fig. 2A eine Schnittansicht eines bekannten Abdichtelementes innerhalb einer Abdichtnut,

Fig. 2B das bekannte Abdichtelement von Fig. 2A, das innerhalb der Abdichtnut angeordnet ist nach Installierung einer Kolbenstange und während des Betriebs mit niedrigem Druck,

Fig. 2C das bekannte Abdichtelement von Fig. 2B während des Betriebs mit hohem Druck,

Fig. 3A eine Schnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Abdichtelements gemäß der vorliegenden Erfindung, das innerhalb einer Abdichtnut angeordnet ist,

Fig. 3B das Abdichtelement von Fig. 3A, das innerhalb der Abdichtnut angeordnet ist nach Installierung einer Kolbenstange und während des Betriebs mit niedrigem Druck, und

Fig. 3C das Abdichtelement von Fig. 3B während des Betriebs mit hohem Druck.

Eine bestimmte Terminologie kann bei der folgenden Beschreibung passenderweise verwendet werden und ist nicht beschränkend. Die Worte "rechts", "links", "oben" und "unten" bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Worte "einwärts" und "auswärts" beziehen sich auf Richtungen zu und von dem geometrischen Zentrum des bezogenen Elements hinweg. Die Terminologie umfaßt die oben spezifisch erwähnten Worte, Ableitungen davon und Worte von ähnlicher Bedeutung.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen in Einzelheiten, wobei gleiche Bezugsziffern verwendet werden, um gleiche Elemente darin zu bezeichnen, ist in Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Abdichtanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben wird, umfaßt die Abdichtanordnung 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein einzelnes, im allgemeinen ringförmiges Abdichtelement 12. Es wird von dem Fachmann vermerkt, daß die erfinderischen Konzepte der vorliegenden Erfindung ebenfalls auf Abdichtanordnungen anwendbar sind, mehr als ein Element enthalten. Fig. 1 veranschaulicht gerade eine der verschiedenen möglichen Verwendungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Abdichtanordnung 10 im Zusammenhang mit einer hydraulisch betätigten, allgemein zylindrischen Kolbenanordnung 16. Es sei vermerkt, daß die Abdichtanordnung 10 sowie Variationen derselben, welche die erfinderischen Konzepte der vorliegenden Erfindung verwenden, in gleicher Weise in vielen anderen Abdichtanwendungen nützlich sind. Die Kolbenanordnung 16 umfaßt einen Zylinder 18 und einen Kolben 20 innerhalb des Zylinders 18, der im Hinblick auf den Zylinder 18 hin und her beweglich ist. Der Kolben 20 trennt den Zylinder 18 in zwei zylindrische Kammern 22, 24 mit veränderlicher Größe. Mit dem Kolben 20 ist eine im allgemeinen zylindrische Kolbenstange 26 befestigt, die sich durch die Kammer 24 erstreckt. Die Kolbenstange 26 erstreckt sich durch eine im allgemeinen kreisförmige Öffnung 28 am geschlossenen Ende bzw. Kopf des Zylinders 18. Der Zylinderkopf 30 umfaßt eine im allgemeinen ringförmige innere Abdichtnut bzw. Stopfbuchse 32, die die Abdichtanordnung 10 enthält. Wie speziell in den Fig. 1, 2A und 3A erkennbar, besitzt die Abdichtnut 32 eine erste bzw. äußere radiale Oberfläche 34, welche von der Kammer 24 weiter entfernt ist und eine zweite bzw. eine innere radiale Oberfläche 36, welche näher an der Kammer 24 liegt. Eine axiale Oberfläche 38 verbindet die radialen Oberflächen 34 und 36. Die Abdichtnut 32 ist im allgemeinen offen und besitzt eine Mündung 14 an einer radialen inneren Seite und gegenüber der axialen Oberfläche 38. Obgleich in Fig. 1 nicht speziell gezeigt, kann eine ähnliche Abdichtnut und ein Abdichtelement verwendet werden, um eine Abdichtung an der Verbindung des Kolbens 20 mit dem Zylinder 18 vorzugeben. Die ähnliche Abdichtnut würde sich jedoch auf einer radial äußeren Seite öffnen, und die Abdichtanordnung würde zwei Abdichtelemente der vorliegenden Erfindung erfordern, um dem hohen Druck von entweder der Kammer 22 oder der Kammer 24 zu widerstehen.

Im allgemeinen sind beide Kammern 22 und 24 mit einem Fluid, wie beispielsweise einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt und die Bewegung des Kolbens 20 und der Kolbenstange 26 wird bewerkstelligt durch Veränderung der entsprechenden Drücke innerhalb der Kammern 22 und 24 durch die Zuführung und/oder die Entfernung von Fluid unter Druck zu oder von einer der Kammern 22, 24. Beispielsweise führt die Zuführung von Fluid unter Druck zu der Kammer 24 oder die Entfernung von Fluid unter Druck aus der Kammer 22 dazu, daß sich der Kolben 20 nach links - in Fig. 1 betrachtet - bewegt, um die Größe der Kammer 22 zu verringern und die Größe der Kammer 24 zu vergrößern. Die Kammer 22 kann eine Feder (nicht dargestellt) umfassen, um eine Rückstellkraft für Bewegung des Kolbens nach rechts - in Fig. 1 betrachtet - vorzugeben, wenn der Druck innerhalb der Kammer 24 vermindert wird. Natürlich bewegt sich die Stange 26 entsprechend mit dem Kolben 20.

Ein typisches bekanntes Abdichtelement 13 ist in den Fig. 2A-2C dargestellt, und das Abdichtelement 12, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, ist in den Fig. 3A-3C dargestellt. Bei der Beschreibung des Aufbaus der Abdichtelemente 12 und 13 soll der Ausdruck "axiale Oberfläche" eine Oberfläche bezeichnen, die sich allgemein parallel zu der Achse der Abdichtelemente und allgemein parallel zu der Bewegungsrichtung des Kolbens 20 und der Kolbenstange 26 erstreckt (links und rechts, wenn in den Fig. 2A-2C und 3A-3C betrachtet) und der Ausdruck "radiale Oberfläche" soll eine Oberfläche bezeichnen, die sich allgemein senkrecht zu der Achse der Abdichtelemente und im allgemeinen parallel zu einem Radius des Abdichtelementes erstreckt (auf- und abwärts), wenn in den Fig. 2A-2C und 3A-3C betrachtet). Es sei vermerkt, daß in den Fig. 2A und 3A die Kolbenstange noch nicht installiert worden ist, um die Querschnittform des Abdichtelementes 13 oder 12 entsprechend zu zeigen, wenn es anfänglich innerhalb der Abdichtnut 32 und in einem Zustand ohne Beanspruchung installiert wird.

Sowohl das bekannte Abdichtelement 13 als auch das Abdichtelement 12 gemäß der vorliegenden Erfindung sind im allgemeinen ringförmig und aus einem elastomeren Material, wie beispielsweise einem Naturgummi oder einem synthetischen Gummi gebildet. Andere geeignete Abdichtmaterialien, die dem Fachmann bekannt sind oder auf der Hand liegen, können ebenfalls verwendet werden, wenn dies gewünscht ist. Wie in den Fig. 2A und 3A erkennbar, sind die Abdichtelemente 12 und 13 im allgemeinen Y-förmig im Querschnitt und umfassen einen Körperteil 40 und erste und zweite Beinteile 42, 44.

Der Körperteil 40 eines jeden Abdichtelementes 12 und 13 umfaßt eine allgemein als axiale Oberfläche 46, die der axialen Oberfläche 38 der Nut 32 gegenüberliegt. Eine erste, im allgemeinen radiale Oberfläche 48 besitzt ein Ende, das ein Ende der axialen Oberfläche 46 des Abdichtelementes 12 oder 13 berührt, um einen Fersenteil 50 zu bilden. Wie in den Fig. 2A-3C gezeigt, liegt die erste radiale Oberfläche 48 der ersten radialen Oberfläche 34 der Nut 32 gegenüber.

Das bekannte Abdichtelement 13 besitzt, wie in den Fig. 2A-2C erkennbar, eine erste abgewinkelte Oberfläche 52a mit einem Ende, das ein Ende einer zweiten allgemein axialen Oberfläche 53 berührt, die der Mündung der Nut 32 gegenüberliegt. Das andere Ende der zweiten axialen Oberfläche 53 berührt das andere Ende der ersten radialen Oberfläche 48. Im Gegensatz hierzu besitzt, wie in den Fig. 3A-3C erkennbar ist, das Abdichtelement 12 der vorliegenden Erfindung eine entsprechende erste allgemein abgewinkelte Oberfläche 52b, die mit einem Ende direkt das andere Ende der ersten radialen Oberfläche 48 des Abdichtelementes 12 berührt.

Sowohl bei dem Abdichtelement 12 der vorliegenden Erfindung als auch bei dem bekannten Abdichtelement 13 besitzt eine zweite, allgemein abgewinkelte Oberfläche 56 ein Ende, welches das andere Ende der ersten abgewinkelten Oberfläche 52a bzw. 52b berührt, um eine Hochdruck-Abdichtlinie bzw. Lippe 58 zu bilden. Wenn das Abdichtelement 12 der vorliegenden Erfindung in der Nut 32 angeordnet ist, so sind die ersten und zweiten abgewinkelten Oberflächen 52b und 56 in Richtung der Mündung 14 gerichtet und stehen teilweise aus dieser und aus der Nut 32 hervor. Im gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel des Abdichtelementes 12 erstreckt sich die zweite abgewinkelte Oberfläche 56 unter einem Winkel von ungefähr 120° in bezug auf die erste abgewinkelte Oberfläche 52b. Es sei jedoch durch den Fachmann vermerkt, daß die zweite abgewinkelte Oberfläche 56 sich unter einem anderen Winkel erstrecken kann, beispielsweise unter einem Winkel zwischen 100° und 150°.

Der erste Beinteil 42 des bekannten Abdichtelements 13 umfaßt eine dritte, allgemein abgewinkelte Oberfläche 60a. Wie in den Fig. 2A-2C erkennbar, berührt bei der vorliegenden Erfindung ein Ende der abgewinkelten Oberfläche 60a ein Ende einer dritten, im allgemeinen axialen Oberfläche 61 und das andere Ende der dritten axialen Oberfläche 61 berührt das andere Ende der zweiten abgewinkelten Oberfläche 56. Im Gegensatz hierzu besitzt, wie dies aus den Fig. 3A-3C erkennbar ist, die entsprechende abgewinkelte Oberfläche 60b ein Ende, das direkt das andere Ende der zweiten abgewinkelten Oberfläche 56 mit einem Druckentlastungsradius 59 berührt.

Sowohl bei dem Abdichtelement 12 der vorliegenden Erfindung als auch bei dem bekannten Abdichtelement 13 besitzt eine vierte, allgemein abgewinkelte Oberfläche 62 ein Ende, welches das andere Ende der dritten abgewinkelten Oberfläche 60a bzw. 60b berührt, um eine Niedrigdruck-Abdichtlinie bzw. Lippe 64 zu bilden. Im gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiel des Abdichtelements 12 erstreckt sich die vierte abgewinkelte Oberfläche 62 unter einem Winkel von ungefähr 120° in bezug auf die dritte abgewinkelte Oberfläche 60b. Es sei jedoch durch den Fachmann vermerkt, daß die vierte abgewinkelte Oberfläche 62 sich unter irgendeinem anderen Winkel erstrecken kann, beispielsweise unter einem Winkel zwischen 100° und 150°. Wie bei den ersten und zweiten abgewinkelten Oberflächen 52b und 56, ist die Niedrigdruck-Abdichtlippe 64 ebenfalls in Richtung der Mündung 14 und aus der Nut 32 herausgerichtet und ragt teilweise darüber hinaus.

Der erste Beinteil 42 von jedem Abdichtelement 12 und 13 besitzt ebenfalls eine zweite, im allgemeinen radiale Oberfläche 66, die mit einem Ende das andere Ende der vierten abgewinkelte Oberfläche 62 berührt, und eine fünfte, allgemein abgewinkelte Oberfläche 68, die mit einem Ende das andere Ende der zweiten radialen Oberfläche 66 berührt. Wie in den Zeichnungen gezeigt, erstreckt sich der erste Beinteil 42, wenn er in die Nut 32 eingesetzt ist, von dem Körperteil 40 allgemein in Richtung der zweiten radialen Oberfläche 36 der Nut 32 hinweg.

Der zweite Beinteil 44 eines jeden Abdichtelementes 12 und 13 umfaßt eine sechste, allgemein abgewinkelte Oberfläche 70, die mit einem Ende das andere Ende der fünften abgewinkelten Oberfläche 68 berührt. Die Berührung der fünften und sechsten abgewinkelte Oberflächen 68, 70 bildet eine allgemein nach innen gerundete oder mit einem Radius versehene Oberfläche 72. Zusätzlich umfaßt der zweite Beinteil 44 eine dritte, allgemein radiale Oberfläche 74, die mit einem Ende das andere Ende der sechsten abgewinkelten Oberfläche 70 berührt, sowie eine siebte, allgemein abgewinkelte Oberfläche 76, die mit einem Ende das andere Ende der dritten radialen Oberfläche 74 berührt, und eine achte, allgemein abgewinkelte Oberfläche 78, die mit einem Ende das andere Ende der siebten abgewinkelten Oberfläche 76 berührt, um eine Abdichtlippe 80 zu bilden. Das andere Ende der achten abgewinkelten Oberfläche 78 des zweiten Beinteils 44 berührt das andere Ende der axialen Oberfläche 46 des Körperteils 40. Wenn das bekannte Abdichtelement 13 oder das Abdichtelement 12 der vorliegenden Erfindung anfänglich innerhalb der Nut 32 angeordnet wird, wie dies in den Fig. 2A oder 3A gezeigt ist, so liegt die Abdichtlippe 80 an der axialen Oberfläche 38 der Nut 32 mit einer Abdichtlinie in der Nähe der zweiten radialen Oberfläche 36 der Nut 32 an.

Sowohl das bekannte Abdichtelement 13 als auch das Abdichtelement 12 der vorliegenden Erfindung werden für den Zweck der Abdichtung der Verbindung der Kolbenstange 26 und des Zylinderkopfes 30 verwendet und zur Verhinderung eines dünnen Fluidfilmes, der an der Kolbenstange 26 anhaftet (wie in Fig. 1 gezeigt), wenn die Kolbenstange 26 aus dem Zylinder 18 herausbewegt wird. Während des Betriebes mit niedrigem Druck (wenn die Kolbenstange 26 aus dem Zylinder 18 herausbewegt wird) liegt die Abdichtlinie bzw. Lippe 64 für den niedrigen Druck an der Kolbenstange 26 an, wie dies in den Fig. 2B und 3B gezeigt ist. Wie ebenfalls aus den Fig. 2B und 3B erkennbar, kann die Abdichtlinie bzw. -lippe für den hohen Druck ebenfalls die Kolbenstange während des Betriebs mit niedrigem Druck kontaktieren. Während des Betriebs mit hohem Druck (wenn die Kammer 24 einem hohen Druck ausgesetzt ist und die Kolbenstange 26 in den Zylinder 18 hineinbewegt wird) wird das Abdichtelement 12 oder 13 zusammengedrückt und deformiert bzw. bewegt sich so, daß die Abdichtlinie bzw. -lippe 58 für den hohen Druck fester an der Kolbenstange 26 anliegt und abdichtet, wie dies in den Fig. 2C und 3C erkennbar ist.

Somit hält während des Betriebs bei niedrigem Druck die nachgiebige Natur der Niedrigdruck-Abdichtlippe 64 einen hinreichenden Kontakt mit der Kolbenstange 26 aufrecht, und die Abdichtlippe 80 hält einen hinreichenden Kontakt mit der axialen Oberfläche 38 der Nut 32 aufrecht, um wirksam Fluid von der Kolbenstange 26 wezuwischen bzw. zu entfernen, wenn dieses sich aus dem Zylinder 18 herausbewegt, und um zu verhindern, daß Fluid aus der Kammer 24 entweicht. Die Hochdruck-Abdichtlippe 58 kann ebenfalls helfen, die Wirksamkeit der Abdichtung während des Betriebs bei niedrigem Druck aufrechtzuerhalten.

Die Zuführung eines hohen Druckes innerhalb der Kammer 24 ruft typischerweise eine Kraft hervor, wie sie durch die Pfeile 83 in den Fig. 2C und 3C gezeigt ist, und die an das Abdichtelement 12 bzw. 13 angelegt wird. Infolgedessen werden die Abdichtelemente 12 bzw. 13 zumindest teilweise in die Abdichtnut 32 hineingedrückt, was dazu führt, daß die Hochdruck- Abdichtlippe 58 aus der Nut 32 hervorsteht und in engen Abdichtkontakt mit der Kolbenstange 26 gelangt. Zusammen mit den relativen Bewegungen der Hoch- und Niederdruck-Abdichtlippen 58, 64 erfährt das Abdichtelement 12 bzw. 13 eine Deformation bzw. Bewegung im Querschnitt bei der Umschaltung des Betriebs zwischen niedrigem und hohem Druck.

Wie zuvor erwähnt, besitzt das bekannte Abdichtelement 13 einen Nachteil insofern, daß es das Bestreben hat, an der Abdichtfläche auseinanderzubrechen. Speziell wurde entdeckt, daß die Bewegung des Abdichtelementes 13 während wiederholter Betätigungen mit niedrigem und hohem Druck ungebührliche Zugbeanspruchungen an den Verbindungen der ersten abgewinkelten Oberfläche 52a und der zweiten axialen Oberfläche 53, der zweiten abgewinkelten Oberfläche 56 und der dritten axialen Oberfläche 61 und der dritten abgewinkelten Oberfläche 60a und der dritten axialen Oberfläche 61 hervorruft. Somit treten nach einem relativ begrenzten Gebrauch Brüche in den Bereichen der ungebührlichen Zugbeanspruchungen auf, und das bekannte Abdichtelement 13 fällt vorzeitig aus. Darüber hinaus wurde entdeckt, daß die dritte axiale Oberfläche 61 höhere Druckbeanspruchungen hervorruft, die in einer erhöhten Druckeinstellung der Niedrigdruck- Abdichtlippe 64 resultieren.

Das Abdichtelement 12 der vorliegenden Erfindung löst das Problem des durch die Beanspruchung hervorgerufenen Brechens an den zuvor erwähnten Verbindungen durch Entfernung der zweiten und dritten axialen Oberflächen 53 und 61 an dem bekannten Abdichtelement 13. Dadurch, daß die erste abgewinkelte Oberfläche 52b direkt die erste radiale Oberfläche 48 berührt, und die die dritte abgewinkelte Oberfläche 60b direkt die zweite abgewinkelte Oberfläche 56 an dem Druckentspannungsradius 59 berührt, wird die übertriebene Zugbeanspruchung, die das bekannte Abdichtelement 12 erfahren hat, aufgehoben und das Bruchproblem vermieden und das Abdichtelement 12 der vorliegenden Erfindung hält länger als das bekannte Abdichtelement 13. Darüber hinaus gibt der Druckentlastungsradius 59 eine bessere Biegebewegung für die Niedrigdruck-Abdichtlippe 64 vor, wodurch eine hohe Druckbeanspruchung vermieden wird und die Druckeinstellung der Niedrigdruck-Abdichtlippe 64 vermindert wird.

Gegenüber dem bekannten Abdichtelement 13, wie es insbesondere in Fig. 2B gezeigt ist, wird, wenn die Kolbenstange angeordnet ist und ein System mit niedrigem Druck vorliegt, das Abdichtelement 12 von der Position gemäß Fig. 2A in die Position gemäß Fig. 2B bewegt, so daß die axiale Oberfläche 46 und die achte abgewinkelte Oberfläche 78 des Abdichtelementes 13 die axiale Oberfläche 38 der Nut 32 berühren, um einen inneren statischen Abdichtbereich 81a auf der statischen Seite des Abdichtelementes 13 zu definieren. Zusätzlich liegt der Körperteil 40 an der ersten radialen Oberfläche 34 der Nut 32 an einem einzigen Punkt 82 in der Nähe des Fersenteils 50 an. Demzufolge wird eine externe freiliegende Winkellücke 84 zwischen der ersten radialen Oberfläche 48 des Abdichtelementes 13 und der ersten radialen Oberfläche 34 der Nut 32 gebildet. Während des Betriebs der Kolbenanordnung 16 sammeln sich Schmutz, Bruchstücke, Öl und andere externe Verunreinigungen 86 kontinuierlich in der Lücke 84 an. Wenn das bekannte Abdichtelement 13 zwischen dem Betrieb mit hohem und niedrigem Druck umschaltet, so dreht sich das bekannte Abdichtelement 13, wie dies in den Fig. 2B und 2C erkennbar ist, um die Lücke 84 zu schließen und zu öffnen. Wenn sich die axiale Oberfläche 48 des Abdichtelementes gegen die axiale Oberfläche 38 der Abdichtnut 32 bewegt, so werden Schmutz, Bruchstücke und andere Verunreinigungen 86 in den inneren statischen Abdichtbereich 81a gezwängt. Wie aus den Fig. 2B und 2C erkennbar, bewegt bzw. pumpt während der wiederholten Zyklen mit hohem und niedrigem Druck das Öffnen und Schließen der Lücke 84 bei dem bekannten Abdichtelement 13 die angesammelten Verunreinigungen 86 in den inneren statischen Bereich 81a. Mit der Pumpwirkung des bekannten Abdichtelementes 13 füllt sich der innere statische Bereich 81a unter Umständen mit den Verunreinigungen 86. Infolgedessen zwingen die Verunreinigungen 86 das Abdichtelement 13 von der Nut hinweg, wodurch die Wirksamkeit der Abdichtung vermindert wird, die auf der statischen Seite des Abdichtelementes 13 gebildet ist.

Das Abdichtelement 12 der vorliegenden Erfindung reduziert beträchtlich bzw. vermeidet das Problem der Dichtungskontaminierung und der Beeinträchtigung. Wenn das Abdichtelement 12 in der Abdichtung 32 angeordnet ist, wie dies in Fig. 3A gezeigt ist, so ist ein Fersenwinkel u zwischen der radialen Oberfläche 34 der Abdichtnut 32 und der radialen Oberfläche 48 des Abdichtelementes 12 vorgesehen. Der Scheitelpunkt des Winkels u ist ein Punkt 82b, der die radiale Oberfläche 34 der Abdichtnut 32 in der Nähe der Mündung 14 der Nut 32 berühren kann oder zu dieser benachbart sein kann. Vorzugsweise ist der Winkel u ein spitzer Winkel und insbesondere ein Winkel zwischen 2 und 15°.

Wenn die Kolbenstange 26 angeordnet ist und ein niedriger Systemdruck angelegt wird, so dreht sich das Abdichtelement 12 im Uhrzeigersinn, wenn in Fig. 3A betrachtet, um den Winkel u zu schließen, bis es in die Position gemäß Fig. 3B gelangt. In dieser Position berühren die achte abgewinkelte Oberfläche 78 und die axiale Oberfläche 46 beide die axiale Oberfläche 38 der Abdichtnut 32, um hierdurch einen inneren statischen Abdichtbetrieb 81a im wesentlichen in der gleichen Weise wie das bekannte Abdichtelement 13 vorzugeben. Zusätzlich berührt die erste radiale Oberfläche 48 des Abdichtelements 12 die radiale Oberfläche 34 der Abdichtnut 32 im wesentlichen entlang der gesamten Länge, um einen Abdichtbereich 81d zu bilden, wirksam Verunreinigungen 86 daran hindert, sich in den Bereich zwischen dem Abdichtelement 12 und der Abdichtnut 32 zu bewegen. Während des Betriebs mit hohem Druck wird das Abdichtelement 12 weiter zusammengedrückt, wie dies in Fig. 3C gezeigt ist, um einen zusätzlichen Abdichtdruck vorzugeben, aber die erste radiale Oberfläche 48 des Abdichtelementes 12 wird in dauerndem Abdichteingriff mit der radialen Oberfläche 34 der Abdichtnut 32 im wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge gehalten. Auf diese Weise werden Verunreinigungen 86 kontinuierlich aus der Abdichtnut 32 sowohl während des Betriebs bei hohem Druck als auch bei niedrigem Druck gehalten, um eine hohe Qualität der inneren statischen Abdichtung 81a aufrechtzuerhalten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine verbesserte Abdichtanordnung umfaßt, die aus einem Einzel- Abdichtelement mit einer speziellen Form und einer speziellen Kontaktausrichtung gebildet wird. Es sei durch den Fachmann vermerkt, daß Änderungen an der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß von den breiten erfinderischen Konzepten derselben abgewichen wird.

Claims (13)

1. Abdichtelement (12) zur Anordnung in einer Ringnut (32) mit einer Öffnung (14), ersten und zweiten, allgemein parallelen Radialflächen (34, 36) und einer allgemein axialen Fläche (38), die die ersten und zweiten Radialflächen verbindet, wobei das Abdichtelement eine allgemein ringförmige Form aufweist und aus einem elastomeren Material gebildet ist und gekennzeichnet durch
einen Körperteil (40) mit einer im wesentlichen axialen Oberfläche (46), die der axialen Oberfläche der Nut gegenüberliegt, und eine erste, allgemein radiale Oberfläche (48), die der ersten radialen Oberfläche (34) der Nut gegenüberliegt, wobei die erste radiale Oberfläche des Abdichtelements mit einem Ende die axiale Oberfläche des Abdichtelementes berührt, um einen Fersenteil zu bilden, wobei eine erste allgemein abgewinkelte Oberfläche (52b) mit einem Ende das andere Ende der ersten radialen Oberfläche des Abdichtelementes berührt, und eine zweite, allgemein abgewinkelte Oberfläche (56) mit einem Ende das andere Ende der ersten abgewinkelten Oberfläche berührt, um eine Hochdruck-Abdichtlippe (58) zu bilden, und wobei die ersten und zweiten abgewinkelten Oberflächen in Richtung der Öffnung der Nut gerichtet sind und teilweise aus dieser hervorstehen;
wobei das Abdichtelement (12) in der Nut (32) so positioniert ist, daß die erste radiale Oberfläche (48) des Abdichtelementes einen spitzen Fersenwinkel (u) mit der ersten radialen Oberfläche (34) der Nut bildet;
so daß das Abdichtelement (12) bei Druckanlegung in die Ringnut (32) gepreßt wird und das Abdichtelement einen inneren statischen Bereich (81b) bildet, der durch die axiale Oberfläche des Abdichtelements, die die axiale Oberfläche der Nut berührt, definiert ist, und wobei die erste radiale Oberfläche (48) des Abdichtelementes in Eingriff mit der ersten radialen Oberfläche (34) der Nut gebracht wird, wodurch Verunreinigungen am Eintritt in den inneren statischen Bereich (81b) gehindert werden.

2. Abdichtelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fersenwinkel ungefähr zwischen 2 und 15° liegt.

3. Abdichtelement nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen ersten Beinteil (42) mit einer Niedrigdruck-Abdichtlinie (64) zum Hervorstehen aus der Mündung der Nut.

4. Abdichtelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Beinteil (42) umfaßt: eine dritte, allgemein abgewinkelte Oberfläche (60b), die mit einem Ende das andere Ende der zweiten abgewinkelten Oberfläche (56) berührt, eine vierte, allgemein abgewinkelte Oberfläche (62), die mit einem Ende das andere Ende der dritten abgewinkelten Oberfläche berührt, um eine Niedrigdruck- Abdichtlinie (64) zu bilden, wobei die dritten und vierten abgewinkelten Oberflächen in Richtung der Mündung der Nut gerichtet sind und teilweise aus dieser hervorstehen, eine zweite allgemein radiale Oberfläche (66), die mit einem Ende das andere Ende der vierten abgewinkelten Oberfläche berührt, und eine fünfte, allgemein abgewinkelte Oberfläche (68), die mit einem Ende das andere Ende der zweiten radialen Oberfläche des Abdichtelementes berührt, wobei der erste Beinteil sich von dem Körperteil (40) allgemein in Richtung der zweiten radialen Oberfläche (36) der Nut erstreckt.

5. Abdichtelement nach Anspruch 3, ferner gekennzeichnet durch einen zweiten Beinteil (44) mit einer Abdichtlippe (80) zur Anlage an der axialen Oberfläche der Nut an einem Punkt in der Nähe der zweiten radialen Oberfläche (36) der Nut.

6. Abdichtelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Beinteil (44) umfaßt: eine sechste, allgemein abgewinkelte Oberfläche (70), die mit einem Ende das andere Ende der fünften abgewinkelten Oberfläche berührt, um eine allgemein nach innen abgerundete Oberfläche (72) zu bilden, eine dritte allgemein radiale Oberfläche (74), die mit einem Ende das andere Ende der sechsten abgewinkelten Oberfläche berührt, eine siebte, allgemein abgewinkelte Oberfläche (76), die mit einem Ende das andere Ende der dritten radialen Oberfläche berührt, und eine achte, allgemein abgewinkelte Oberfläche (78), die mit einem Ende das andere Ende der siebten abgewinkelten Oberfläche berührt, um die Abdichtlippe (80) zu bilden und mit dem anderen Ende das andere Ende der axialen Oberfläche des Abdichtelementes zu berühren, wobei sich der zweite Beinteil von dem Körperteil allgemein in der Richtung der zweiten radialen Oberfläche der Nut erstreckt.

7. Abdichtelement zur Anordnung in einer Ringnut mit einer Öffnung, ersten und zweiten, allgemein parallelen radialen Flächen und einer allgemein axialen Fläche, die die ersten und zweiten Radialflächen verbindet, wobei das Abdichtelement im allgemeinen eine ringförmige Form aufweist und aus einem elastomeren Material gebildet ist und gekennzeichnet ist durch:
einen Körperteil mit einer im wesentlichen axialen Oberfläche, die der axialen Oberfläche der Nut gegenüberliegt, und eine erste, allgemein radiale Oberfläche, die der ersten radialen Oberfläche der Nut gegenüberliegt, wobei die erste radiale Oberfläche des Abdichtelements mit einem Ende die axiale Oberfläche des Abdichtelementes berührt, um einen Fersenteil zu bilden, wobei eine erste, allgemein abgewinkelte Oberfläche mit einem Ende das andere Ende der ersten radialen Oberfläche des Abdichtelementes berührt, und eine zweite, allgemein abgewinkelte Oberfläche mit einem Ende das andere Ende der ersten abgewinkelten Oberfläche berührt, um eine Hochdruck-Abdichtlinie zu bilden, und wobei die ersten und zweiten abgewinkelten Oberflächen in Richtung der Öffnung der Nut gerichtet sind und teilweise aus dieser vorstehen; und
einen ersten Beinteil, der umfaßt: eine dritte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der zweiten angewinkelten Oberfläche berührt, eine vierte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der dritten abgewinkelten Oberfläche berührt, um eine Niedrigdruck-Abdichtlinie zu bilden, wobei die dritten und vierten abgewinkelten Oberflächen in Richtung der Öffnung der Nut gerichtet sind und teilweise aus dieser hervorstehen und der erste Beinteil sich allgemein in Richtung der zweiten radialen Oberfläche der Nut erstreckt;
wobei das Abdichtelement in der Nut so positioniert ist, daß die erste radiale Oberfläche des Abdichtelementes ein im spitzen Fersenwinkel mit der ersten radialen Oberfläche der Nut bildet;
so daß das Abdichtelement bei Druckanlegung in die Ringnut gepreßt wird und das Abdichtelement einen inneren statischen Bereich bildet, der durch die axiale Oberfläche des Abdichtelementes, die die axiale Oberfläche der Nut berührt, definiert ist und wobei die erste radiale Oberfläche des Abdichtelements in Eingriff steht mit der ersten radialen Oberfläche der Nut gebracht wird, wodurch Verunreinigungen am Eintritt in den inneren statischen Bereich gehindert werden.

8. Abdichtelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fersenwinkel ungefähr zwischen 2 und 15° liegt.

9. Abdichtelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Beinteil ferner umfaßt: eine zweite, allgemein radiale Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der vierten abgewinkelten Oberfläche berührt und eine fünfte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der zweiten radialen Oberfläche des Abdichtelementes berührt; und
wobei das Abdichtelement ferner einen zweiten Beinteil umfaßt, der aufweist: eine sechste, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der fünften abgewinkelten Oberfläche berührt, um eine allgemein nach innen abgerundete Oberfläche zu bilden, eine dritte, allgemein radiale Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der sechsten abgewinkelten Oberfläche berührt, eine siebte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der dritten radialen Oberfläche berührt und eine achte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der siebten abgewinkelten Oberfläche berührt und mit dem anderen Ende das andere Ende der axialen Oberfläche des Abdichtelementes berührt, wobei sich der zweite Beinteil allgemein in Richtung der zweiten radialen Oberfläche der Nut erstreckt.

10. Abdichtelement zur Anordnung in einer Ringnut mit einer Öffnung, ersten und zweiten, allgemein parallelen Radialflächen und einer allgemein axialen Fläche, die die ersten und zweiten Radialflächen verbindet, wobei das Abdichtelement eine allgemein ringförmige Form aufweist und aus einem elastomeren Material gebildet ist und gekennzeichnet durch:
einen Körperteil mit einer ersten, allgemein radialen Oberfläche, die der ersten radialen Oberfläche der Nut gegenüberliegt, einer ersten, allgemein abgewinkelten Oberfläche, die mit einem Ende das eine Ende der ersten radialen Oberfläche des Abdichtelementes berührt, und eine zweite, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der ersten abgewinkelten Oberfläche berührt, um eine Hochdruck-Abdichtlinie zu bilden, wobei die ersten und zweiten abgewinkelten Oberflächen in Richtung der Mündung der Nut gerichtet sind und teilweise aus dieser hervorstehen; und
einen ersten Beinteil, der umfaßt: eine dritte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende direkt das andere Ende der zweiten abgewinkelten Oberfläche an einem Druckentlastungsradius berührt, und eine vierte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der dritten abgewinkelten Oberfläche berührt, um eine Niedrigdruck-Abdichtlinie zu bilden, wobei die dritten und vierten abgewinkelten Oberflächen in Richtung der Mündung der Nut gerichtet sind und teilweise aus dieser hervorstehen und der erste Beinteil sich allgemein in Richtung der zweiten radialen Oberfläche der Nut erstreckt; wodurch bei Anlegung von Druck der Druckentlastungsradius die erhöhten Dehnungsbeanspruchungen aufhebt und ein Brechen vermeidet und eine bessere Biegebewegung für die Niedrigdruck- Abdichtlinie vorgibt.

11. Abdichtelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körperteil des Abdichtelementes ferner umfaßt: eine allgemein axiale Oberfläche, die der axialen Oberfläche der Nut gegenüberliegt, wobei das andere Ende der ersten radialen Oberfläche des Abdichtelementes berührt, um einen Fersenteil zu bilden, wobei das Abdichtelement innerhalb der Nut so positioniert ist, daß die erste radiale Oberfläche des Abdichtelementes einen spitzen Winkel mit der ersten radialen Oberfläche der Nut bildet und das Abdichtelement bei Anlegung von Druck in die Ringnut gedrückt wird, so daß das Abdichtelement einen inneren statischen Bereich bildet, der durch die axiale Oberfläche des Abdichtelementes, das sich mit der axialen Oberfläche der Nut in Eingriff befindet, definiert wird und wobei die erste radiale Oberfläche des Abdichtelementes in Eingriff mit der ersten radialen Oberfläche der Nut bewegt wird, wodurch eine Verunreinigung daran gehindert wird, in den inneren statischen Bereich einzutreten.

12. Abdichtelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fersenwinkel ungefähr zwischen 2 und 15° liegt.

13. Abdichtelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Beinteil ferner umfaßt: eine zweite allgemein radiale Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der vierten abgewinkelten Oberfläche berührt und eine fünfte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der zweiten radialen Oberfläche des Abdichtelementes berührt; und
wobei das Abdichtelement ferner einen zweiten Beinteil umfaßt, der aufweist: eine sechste, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der fünften abgewinkelten Oberfläche berührt, um eine allgemein nach innen abgerundete Oberfläche zu bilden, eine dritte, allgemein radiale Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der sechsten abgewinkelten Oberfläche berührt, eine siebte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der dritten radialen Oberfläche berührt und eine achte, allgemein abgewinkelte Oberfläche, die mit einem Ende das andere Ende der siebten abgewinkelten Oberfläche berührt und mit dem anderen Ende das andere Ende der axialen Oberfläche des Abdichtelementes berührt, wobei sich der zweite Beinteil allgemein in Richtung der zweiten radialen Oberfläche der Nut erstreckt.