-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zum Abdichten
eines Zwischenraumes, der sich zwischen Hoch- und Niederdruckbereichen
erstreckt und zwischen einem ersten Geräteteil und einer zylindrischen
Fläche
eines zweiten Geräteteils
gebildet ist, wobei die ersten und zweiten Geräteteile entlang der Achse der
zylindrischen Fläche gegeneinander
hin- und herbewegbar sind.
-
Zum
Beispiel kann der Geräteteil
Teil eines Gehäuses
oder Zylinders und der zweite Geräteteil eine Kolbenstange sein,
die mit einem doppelt wirkenden Kolben verbunden ist. Eine Dichtungsanordnung
dieser Art ist beispielsweise in der WO 92/15807 offenbart. Diese
bekannte Dichtungsanordnung weist ein ringförmiges Dichtungselement aus elastischem
Material und einen das ringförmige
Dichtungselement umgebenden Kompressionsring, wie z.B. einen O-Ring,
auf. Die radial außenliegende
Umfangsfläche
des ringförmigen
Dichtungselementes erstreckt sich zwischen axial gegenüberliegenden ersten
und zweiten Endflächen,
die zu den Hoch- und Niedrigdruckbereich entsprechend gerichtet
sind. Das ringförmige
Dichtungselement besitzt ebenfalls eine radial innenliegende Umfangsfläche für einen Dichteingriff
mit der zylindrischen Fläche
des zweiten Geräteteils
an dessen Kontaktfläche.
Der Zweck des Kompressionsringes besteht darin, die Kontaktfläche der
inneren Umfangsfläche
des Dichtungselementes in festen dichtenden Eingriff mit der zylindrischen
Fläche
des zweiten Geräteteils
zu pressen. Dies bedeutet, das idealerweise die ringförmige Kontaktfläche zwischen
dem Kompressionsring und der äußeren Umfangsfläche des
ringförmigen
Dichtungselementes der Kontaktfläche
zwischen dem Dichtungselement und der zylindrischen Fläche des
zweiten Geräteteils
radial gegenüberliegend
positioniert werden sollte.
-
In
der gegenwärtigen
Praxis jedoch variiert die Druckdifferenz zwischen den Hoch- und
Niedrigdruckbereichen wesentlich, und eine ansteigende Druckdifferenz
führt dazu,
den Kompressionsring und folglich auch die Kontaktfläche zwischen
dem Kompressionsring und dem ringförmigen Dichtungselement in
eine Richtung zum Niedrigdruckbereich zu drücken. Um den Dichtungsdruck
zwischen der Kontaktfläche
des inneren Umfangsflächenabschnittes des
Dichtungselementes und der zylindrischen Fläche des zweiten Geräteteils
im Wesentlichen aufrecht zu erhalten, wenn der Kompressionsring
zum Niedrigdruckbereich gedrückt
wird, wird die äußere Umfangsfläche des
Dichtungselementes an ihrem Niedrigdruckende verjüngt. Somit
besitzt das ringförmige
Dichtungselement der bekannten Dichtungsanordnung eine äußere Umfangsfläche, die
einen stumpfen Winkel in axialer Querschnittsansicht bildet.
-
Es
hat sich gezeigt, dass der Kompressionsring, der beispielsweise
ein O-Ring aus elastomerem Material sein kann, eine relativ kurze
Lebensdauer hat, da schließlich
der Kompressionsring permanent deformiert bleibt.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Dichtungsanordnung der in der
DE-C-35 21 525, US-A-5 249 813 und US-A-1 490 716 offenbarten Art
mit einer erhöhten
Wirksamkeit und einer verlängerten ökonomischen
Lebensdauer zur Verfügung.
-
Somit
stellt die vorliegende Erfindung eine Dichtungsanordnung, wie in
Anspruch 1 definiert, zur Verfügung.
-
Es
hat sich gezeigt, dass bei den bekannten Dichtungsanordnungen die
Wirksamkeit des Kompressionsmittels, das einen Kompressionsring
aufweisen kann, schließlich
herabgesetzt ist, weil während
des Betriebes der Kompressionsring in Kontakt mit einer ziemlich
scharfen ringförmigen
Kante gedrückt
wird, die durch die äußere Umfangsfläche des Dichtungselementes
gebildet wird, und dem Scheitelpunkt des stumpfen Winkels entspricht.
Es ist herausgefunden worden, dass die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
gegenüber der
Lebensdauer der bekannten Dichtungsanordnung wesentlich verlängert wird,
wenn die konvexe Kontur der äußeren Umfangsfläche des
ringförmigen Dichtungselementes
abgerundet wird, wie zuvor beschrieben.
-
Der
Radius oder die Krümmung
solcher Abrundungen übersteigt
vorzugsweise nicht das Doppelte der gesamten axialen Länge oder
Breite des Dichtungselementes, und bei einer gegenwärtig bevorzugten
Ausführung
beträgt
der Radius oder betragen die Radien der Krümmung mindestens das 0,6-fache
und vor zugsweise etwa das 0,85-fache der gesamten axialen Länge des
ringförmigen
Dichtungselementes.
-
Die
konvexe Kontur der äußeren Umfangsfläche des
Dichtungselementes kann sich über
die gesamte axiale Länge
oder Breite des Dichtungselementes erstrecken. Wenn jedoch der radiale
Abstand zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Dichtungselementes und der zylindrischen Fläche des zweiten Geräteteils
zur zweiten Endfläche
des Dichtungselementes oder zum Niedrigdruckbereich allmählich abnimmt,
kann der Kompressionsring dazu neigen, in den Zwischenraum gedrückt oder
extrudiert zu werden, welcher zwischen der zweiten Endfläche des
Dichtungselementes und einer benachbarten Gegenfläche des
ersten Geräteteils
gebildet ist. Um einer solchen Tendenz entgegen zu wirken, kann
die konvexe axiale Querschnittskontur des äußeren Umfangsflächenteils
in eine konkave Querschnittskontur benachbart zur zweiten Endfläche des Dichtungselementes
fließend übergehen.
In einem solchen Fall kann die konvexe Kontur in die konkave Kontur
an einem Knickpunkt übergehen,
der von der zweiten Endfläche
um eine Distanz des 0,05- bis 0,25-fachen der gesamten axialen Länge oder
Breite des Dichtungselementes beabstandet ist. Das Endteil der Querschnittskontur
benachbart zur zweiten Endfläche
des Dichtungselementes und die Längsachse
des Dichtungselementes bilden vorzugsweise zwischen sich einen Winkel
von –10° bis +45°. Somit können das
Endteil der Querschnittskontur und die Längsachse der Dichtungsanordnung
zueinander konvergierend verlaufen, verlaufen jedoch vorzugsweise
divergierend in Richtung auf den Niedrigdruckbereich.
-
Die
radial innenliegende Umfangsfläche
des Dichtungselementes weist einen ersten Abschnitt auf, der sich
zwischen der ersten Endfläche
des Dichtungselementes und der Kontaktfläche erstreckt und einen Mindestdurchmesser
hat, der den maximalen Durchmesser des zweiten Abschnittes der inneren
Umfangsfläche übersteigt,
welcher den allmählich
sich aufweitenden oder divergierenden Zwischenraum bildet. Somit
wird die Kontaktfläche
als ein Zwischenabschnitt zwischen den ersten und zweiten Abschnitten
gebildet. Dadurch wird gewährleistet,
dass der radial nach innen gerichtete Druck, der durch den Kompressionsring
erzeugt wird, an der vorbestimmten Kontaktfläche konzentriert wird.
-
Das
Dichtungselement und der Kompressionsring der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
können
an ihren gegenseitigen Positionen in jeder geeigneten Weise gehalten
werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind jedoch das ringförmige
Dichtungselement und der Kompressionsring innerhalb eines ringförmigen Kanals
oder einer ringförmigen
Nut angeordnet, der bzw. die im ersten Geräteteil ausgebildet ist und
eine ringförmige Öffnung gegenüber der
zylindrischen Fläche
des zweiten Geräteteils,
wobei der Kanal eine Bodenwand für
einen dichtenden Eingriff mit dem Kompressionsring besitzt, und
gegenüber
ersten und zweiten Seitenwänden,
die gegenüber
den ersten und zweiten Endflächen
des Dichtungselementes entsprechend positioniert sind, bildet.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführung
der Dichtungsanordnung kann die äußere Umfangsfläche des Dichtungselementes
eine konvexe axiale Kontur mit einem ersten Abschnitt benachbart
zur ersten Endfläche
des Dichtungselementes und einem zweiten Abschnitt benachbart zur
zweiten Endfläche
des Dichtungselementes bilden, wobei die ersten und zweiten Endabschnitte
durch einen Zwischenabschnitt miteinander verbunden sind, und kann
die radiale Höhe oder
Breite des Querschnittes des ringförmigen Dichtungselementes dann
am Zwischenabschnitt ein Maximum bilden. Durch geeignete Auswahl
der gegenseitigen gegenwärtigen
Positionen des Zwischenabschnittes der äußeren Umfangsfläche und
des Kontaktabschnittes der inneren Umfangsfläche des Dichtungselementes
kann die auf den Kompressionsring wirkende radiale Kompressionskraft
so optimiert werden, um eine optimale Dichtungswirkung zu erzielen. Bei
einer bevorzugten Ausführung
bildet der erste Abschnitt mindestens entlang einer axialen Länge des
0,3- bis 0,7-fachen der gesamten axialen Länge des Dichtungselementes,
gemessen von der zweiten Endfläche
an, einen Winkel von 0° bis
20° mit
der Längsachse
des Dichtungselementes.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein ringförmiges Dichtungselement,
wie in Anspruch 17 definiert, geschaffen. Der axiale Querschnitt
von mindestens einem Teil der äußeren Umfangsfläche des
ringförmigen
Dichtungselementes, der dafür
vorgesehen ist, um in Kontakt mit dem Kompressionsring zu gelangen,
kann eine solche konvexe Kontur bilden, dass im unbelasteten Zustand
des Dichtungselementes der radiale Abstand zwischen jenem Teil der äußeren Umfangsfläche und dem
radial am weitesten innen liegenden Teil der inneren Umfangsfläche in axialer
Richtung zur zweiten Endfläche
hin abnimmt, wobei der Krümmungsradius oder
die Krümmungsradien
der konvexen Form mindestens das 0,4-fache der gesamten axialen
Länge oder
Breite des ringförmigen
Dichtungselementes beträgt.
Da eine konvexe Form keine scharten Kanten besitzt, wird die Lebensdauer
des Dichtungselementes und des mit diesem zusammenwirkenden Kompressionsringes
verlängert.
-
Die
WO 92/15807 offenbart eine Dichtungsanordnung mit einem ringförmigen Dichtungselement.
Das Dichtungselement besitzt eine radial innenliegende Umfangsfläche, die
in drei axiale Abschnitte unterteilt ist, nämlich einen ersten Abschnitt benachbart
zum Hochdruckbereich, einen Zwischenabschnitt, der einen vorbestimmten
Kontaktbereich bildet, und einen zweiten Abschnitt benachbart zum Niedrigdruckabschnitt.
Der erste Abschnitt wird durch einen abgestuften Teil gebildet,
dessen innerer Durchmesser wesentlich größer als der Außendurchmesser
einer zylindrischen Fläche
eines zweiten Geräteteils
oder einer Kolbenstange ist. Der dazwischen liegende, vorbestimmte
Kontaktbereich ist vorgesehen, um in dichtenden Eingriff mit der äußeren zylindrischen
Fläche
der Kolbenstange zu gelangen, und der zweite Abschnitt ist eine
konische Fläche,
die einen sich aufweitenden oder divergierenden Zwischenraum zusammen
mit der äußeren zylindrischen Fläche der
Kolbenstange bildet. Bei der bekannten Dichtungsanordnung wird die
Grenzlinie zwischen dem Kontaktbereich und dem zweiten Abschnitt
des inneren Umfangsflächenteils
des Dichtungselementes von einer ringförmigen Kante gebildet. Wenn
jedoch die Druckdifferenz einen bestimmten Wert, z.B. im Bereich
von 300bar, überschreitet
und/oder wenn die Temperatur sehr hoch wird, kann das Dichtungselement
dazu tendieren, über
diese Kante zu kippen oder sich zu deformieren, so dass der Teil
des zweiten Abschnittes des inneren Umfangsflächenteils des ringförmigen Dichtungselementes
in Kontakt mit der äußeren zylindrischen
Fläche
des zweiten Geräteteils
gelangt. Dies kann nicht nur zu einem weniger wirksamen Dichtungseffekt
führen,
sondern auch zu sogenannten Extrusionsbeschädigungen des Dichtungselementes.
Diese Probleme werden durch die Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Das
ringförmige
Kompressionsmittel kann beispielsweise einen Kompressionsring aufweisen, der
sich in Eingriff mit der radial außenliegenden Umfangsfläche des
Dichtungselementes befindet. Die äußere Umfangsfläche des
ringförmigen Dichtungselementes
kann eine lineare oder konvexe Querschnittsform besitzen. Alternativ
kann die äußere Umfangsfläche des
Dichtungselementes einen konkaven Flächenteil aufweisen, der sich
in Eingriff mit einem komplementären
konvexen Flächenteil
des ringförmigen
Kompressionsmittels befindet.
-
Das
ringförmige
Kompressionsmittel kann ein Kompressionsring sein, der aus elastomerem Material
besteht und einen festen Querschnitt besitzt. Der Kompressionsring
kann dann in zwei axial nebeneinanderliegende ringförmige Elemente
unterteilt sein. Alternativ kann das Kompressionsmittel aus Metall,
wie z.B. einem schraubenförmige
gewundenen Draht, bestehen. Außerdem
braucht das ringförmige
Dichtungselement nicht ein einziges gleichförmiges Teil zu sein, sondern
kann in zwei oder mehrere Teile mit sich in gegenseitigem Eingriff
befindenden komplementären
Flächenteilen
unterteilt sein. Derartige Dichtungselementteile können separat ausgebildet
oder zusammengefügt
sein und aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführung
kann das Kompressionsmittel innerhalb einer Tasche angeordnet sein,
die innerhalb des ringförmigen
Dichtungselementes ausgebildet und zur ersten Endfläche des Dichtungselementes
hin offen ist. Beispielsweise kann das Kompressionsmittel dann ein
ringförmiges metallenes
Federelement mit U-förmigem
Querschnitt sein, das die Neigung besitzt, sich zur Tasche hin zu öffnen und
dadurch den Querschnitt des Dichtungselementes radial auszudehnen.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführung
liegt der Krümmungsradius
oder liegen die Krümmungsradien innerhalb
des Bereiches des 0,15- bis 1,5-fachen, vorzugsweise 0,2- bis 0,6-fachen,
und ganz besonders bevorzugt bei etwa dem 0,3-fachen der gesamten axialen Länge oder
Breite des Dichtungselementes. Durch Auswahl einer axialen Kontur
der inneren Umfangsfläche
des ringförmigen
Dichtungselementes mit einer solchen vorbestimmten konvexen, abgerundeten
Kontur erhält
man verbesserte Dichteigenschaften, und zwar insbesondere im Fall
einer besonders hohen Druckdifferenz zwischen den Hoch- und Niedrigdruckbereichen
und/oder bei hohen Temperaturen.
-
Wie
zuvor erwähnt,
kann die innere Umfangsfläche
des ringförmigen
Dichtungselementes in drei Teile unterteilt sein, von denen sich
jedes entlang eines Bruchteils der gesamten axialen Länge des ringförmigen Dichtungselementes
erstreckt. Beispielsweise besitzt der innere Flächenabschnitt, der den sich
aufweitenden Zwischenraum bildet und benachbart zur zweiten Endfläche des
Dichtungselementes liegt, vorzugsweise nicht eine axiale Länge, die
das 0,3-fache der gesamten axialen Länge des Dichtungselementes überschreitet.
Der Kontakt des Bereiches des inneren Umfangsflächenteils liegt vorzugsweise
innerhalb des axialen Längenbereiches des
0,2- bis 0,6-fachen der gesamten axialen Länge des Dichtungselementes,
gemessen von der zweiten Endfläche
an. Außerdem
bildet dieser Kontaktbereich vorzugsweise eine konvexe, abgerundete
Kontur mit einem Krümmungsradius
oder Krümmungsradien
innerhalb des Bereiches des 2- bis
5-fachen der gesamten axialen Länge
des Dichtungselementes. Die äußere Umfangsfläche des
ringförmigen
Dichtungselementes kann in der zuvor beschriebenen Weise geformt
sein.
-
Die
Erfindung wird nun außerdem
anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei
-
1 eine
teilweise Querschnittsansicht einer bekannten Dichtungsanordnung
ist,
-
2 eine
teilweise Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
ist,
-
die 3 bis 8 ausschnittsweise
Querschnittsansichten sind, die verschiedene Ausführungen
des durch einen Kreis C in 2 hervorgehobenen
Teils des Dichtungselementes sind,
-
9 eine
teilweise Querschnittsansicht einer weiteren Ausführung der
erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
ist,
-
die 10 und 11 ausschnittsweise Querschnittsansichten
von verschiedenen Ausführungen
des durch den Kreis C in 9 hervorgehobenen Teils des
Dichtungselementes sind,
-
12 eine
teilweise Querschnittsansicht einer noch weiteren Ausführung der
erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
ist,
-
die 13 bis 15 ausschnittsweise Querschnittsansichten
sind, die verschiedene Ausführungen
des durch den Kreis C in 13 hervorgehobenen
Teils der Dichtungsanordnung sind und
-
die 16 bis 19 ausschnittsweise Querschnittsansichten
von noch weiteren Ausführungen
der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung sind.
-
1 zeigt
eine bekannte Dichtungsanordnung der in der WO 92/15807 offenbarten
Art. Die in 1 gezeigte Dichtungsanordnung
weist eine Gehäusewand 10 mit
einer darin ausgebildeten Durchgangsbohrung 11 auf. Ein
ringförmiger
Kanal oder eine ringförmige
Nut 10 ist in der Gehäusewand 10 ausgebildet
und öffnet
sich in die Bohrung 11. Eine zylindrische Stange 13 wie
z.B. eine Kolbenstange erstreckt sich durch die Bohrung 11 und
kann eine reziproke axiale Bewegung gegenüber der Gehäusewand 10 ausführen. Die
Bohrung 11 erstreckt sich zwischen einer Hochdruckseite
H und einer Niedrigdruckseite L. Beispielsweise kann die Stange 13 eine Kolbenstange
sein, deren Hochdruckende mit einem doppelt wirkenden Kolben verbunden
ist, der innerhalb eines (nicht dargestellten) Zylinders angeordnet ist,
und die Wand 10 kann dann Teil eines zylindrischen Gehäuses sein.
-
Ein
ringförmiges
Dichtungselement oder ein Dichtungsring 14 mit einer inneren
Umfangsfläche, die
sich mit der zylindrischen äußeren Fläche der Kolbenstange 13 in
Eingriff befindet, ist innerhalb des ringförmigen Kanals 12 angeordnet.
Dieser Kanal enthält
ebenfalls einen Kompressionsring 15 wie z.B. einen O-Ring
aus elastomerem Material oder einen Ring mit einer Federeinrichtung.
Der Kompressionsring 15 umgibt das ringförmige Dichtungselement 14 und
befindet sich in Eingriff mit dessen äußerer Umfangsfläche, um
das Dichtungselement radial nach innen in festen dichtenden Kontakt
mit der Außenfläche der
Kolbenstange zu drücken.
-
Der
ringförmige
Kanal 12 wird zwischen zwei axial voneinander beabstandeten,
gegenüberliegenden
ersten und zweiten Endwänden 16 und 17 gebildet,
die be nachbart zu den Hoch- und Niedrigdruckseiten H und L entsprechend
liegen. Da der Druck an der Hochdruckseite H gewöhnlich viel höher als
der Druck an der Niedegdruckseite ist, werden das ringförmige Dichtungselement 14 und
der Kompressionsring 15 gewöhnlich in festen Kontakt mit
der zweiten Endwand 17 gedrückt, wie in den Zeichnungen gezeigt
ist. Die innere Umfangsfläche
des ringförmigen
Dichtungselementes 14 kann in drei axiale Abschnitte unterteilt
sein, nämlich
einen ersten gestuften Abschnitt 18 benachbart zur ersten
Endfläche 16 des
Kanals 12, einen dazwischen liegenden Kontaktabschnitt 19 und
einen zweiten divergierenden Abschnitt benachbart zur zweiten Endfläche 17 des
Kanals 12. Der erste abgestufte Abschnitt 18 hat
einen Innendruchmesser, der im Wesentlichen größer als der Aussendurchmesser
der Kolbenstange 13 ist, der Kontaktabschnitt 19 wird
in festen dichtenden Eingriff mit der Außenfläche der Kolbenstange 13 gedrückt, und
der zweite divergierende Abschnitt 20 bildet zusammen mit
der Außenfläche der
Kolbenstange 12 einen Zwischenraum, der sich zur Niedegdruckseite L
oder zur zweiten Endfläche 17 des
Kanals 12 hin aufweitet oder divergiert.
-
Der
Zweck der dargestellten Dichtungsanordnung besteht darin, eine Leckage
von flüssigem Fluid
von der Hochdruckseite H zur Niedrgdruckseite L über den ringförmigen Zwischenraum 21,
der zwischen der äußeren zylindrischen
Fläche
der Kolbenstange 13 und der Innenfläche der Bohrung 11 gebildet
ist, zu verhindern oder einer solchen Leckage entgegenzuwirken.
Der Zweck des ersten gestuften Abschnittes 18 besteht darin,
denselben Fluiddruck an der inneren und der äußeren Seite dieses axialen Teils
des Dichtungselementes 14 zu halten, um zu einem gewissen
Grad den Einfluss des Fluiddruckes an der Hochdruckseite an dem
Dichtungselement 14 und dem Kompressionsring 15 auszugleichen.
Der Fluiddruck an der Hochdruckseite H hat jedoch die Neigung, den
elastomerem Kompressionsring 15 zur Niedrgdruckseite L
zu drücken
und die Querschnittsform des Ringes in Abhängigkeit von der Form des innerhalb
des Kanals 12 verfügbaren
freien Raumes zu deformieren. Das flüssige Fluid kann von der Hochdruckseite
zur Niederdruckseite gelangen und dadurch durch den Kontaktabschnitt 19 während eines
Druckhubes treten, währenddessen
sich die Kolbenstange 13 in 1 nach rechts
bewegt. Wenn jedoch die Bewegungsrichtung der Kolbenstange umgekehrt
wird, wird das ausgetretene Fluid durch einen konvergierenden Zwischenraum
bewegt und tritt durch den Kontaktabschnitt 19 hin durch,
insbesondere wenn die Druckdifferenz zwischen der Hoch- und Niederdruckseite
wesentlich reduziert worden ist.
-
Die
radial außenliegende
Umfangsfläche des
ringförmigen
Dichtungselementes 14 kann in zwei axiale Abschnitte unterteilt
sein, nämlich
einen ersten Abschnitt oder einen Kontaktabschnitt 22,
der gewöhnlich
den Kompressionsring 15 berührt, und einen zweiten Abschnitt
oder Druckentlastungsabschnitt 23. Bei der in 1 gezeigten
bekannten Ausführung
bildet die axiale Kontur der äußeren Umfangsfläche des
Dichtungselementes einen stumpfen Winkel, der eine ringförmige Kante 24 der äußeren Umfangsfläche des
Dichtungselementes definiert. Während
sich außerdem
der Kontaktabschnitt 22 im Wesentlichen parallel zur Mittelachse
der Kolbenstange erstreckt, konvergiert der Entlastungsabschnitt 23 zur
Achse 25, um einen Zwischenraum 26 zwischen dem
Dichtungselement 14, dem Kompressionsring 15 und
der zweiten Endfläche 17 des
Kanals 12 zu bilden.
-
Während des
Betriebes bewegt sich die Kolbenstange 13 gegenüber dem
Gehäuse
oder der Wand 10 hin und her und variiert die Druckdifferenz zwischen
der Hochdruckseite H und der Niedrigdruckseite L beträchtlich.
Deshalb variiert die Deformation des elastomerem Kompressionsringes
oder O-Ringes während
der gesamten Zeit, so dass der verfügbare Zwischenraum 26 mehr
oder weniger vom Kompressionsring ausgefüllt wird. Wegen der vom Druckentlastungsabschnitt 23 gebildeten
abgeschrägten
Kante wird der radial nach innen gerichtete Druck, der durch den
Kompressionsring 15 auf das Dichtungselement 14 übertragen
wird, im Wesentlichen gegenüber
dem Kontaktabschnitt 19 konzentriert, und zwar sogar dann,
wenn der Kompressionsring 15 in den freien Zwischenraum 26 gedrückt wird. Es
ist jedoch herausgefunden worden, dass der Kompressionsring 15 relativ
häufig
ausgetauscht werden muss, um die Dichtungseigenschaften der Dichtungsanordnung
zu erhalten. Dies ist wahrscheinlich bedingt durch die Relativbewegungen
des Dichtungselementes 14 und des Kompressionsringes 15 um
die ringförmige
Kante 24 zwischen dem Kontaktabschnitt 22 und
dem Entlastungsabschnitt 23 der äußeren Umfangsfläche des
Dichtungselementes 14.
-
2 zeigt
eine Ausführung
der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung,
die der zuvor anhand von 1 beschriebenen, bekannten Anordnung
entspricht, allerdings mit der Ausnahme, dass die Form der äußeren Umfangsfläche des
Dichtungselementes 14 in demjenigen Bereich modifiziert
worden ist, der durch einen Kreis C in 2 hervorgehoben
ist. In 3 ist die ringförmige Kante 24 durch eine
abgerundete, konvexe Kontur 28 mit einem Krümmungsradius
von etwa 0,85 × l
ersetzt worden, wobei l die gesamte axiale Länge des Dichtungselementes 14 ist.
Bei der in 4 gezeigten Ausführung bildet
der Entlastungsabschnitt 23 eine abgerundete Kontur, die
in einem abgeschrägten
Teil 29 endet. 5 zeigt eine Ausführung, bei
der die Kontur des Druckentlastungsabschnittes 23 ein Kreisbogen
ist, der den Kontaktabschnitt 22 und die Endfläche 23 des
Dichtungselementes 14 miteinander verbindet, welche sich
in Anlage an der zweiten Endfläche 17 des
Kanals 12 befindet. Die 6 bis 8 zeigen Ausführungen,
bei welcher die von dem Abschnitt 22 und 23 gebildete
konvexe Kontur in einen konkaven Abschnitt 31 benachbart
zur Endfläche 30 übergeht. In
den 6 und 7 geht die konvexe Kontur 28 in
den konkaven Abschnitt 31 über, so dass sich die Tangentenneigung
allmählich ändert. In 8 jedoch bildet
der konkave Abschnitt 31 einen spitzen Winkel.
-
Bei
einer Dichtungsanordnung der in 2 gezeigten
Art mit einem ringförmigen
Dichtungselement 14, das entsprechend einer der 3 bis 8 geformt
ist, wird die Nutzungsdauer des Kompressionsringes 15 wesentlich
verlängert
und die Dichtungswirkung der Dichtungsanordnung verbessert.
-
9 zeigt
eine Ausführung
entsprechend der in 2 gezeigten Ausführung. Der
einzige Unterschied besteht in der Form der äußeren Umfangsfläche des
Dichtungselementes 14. Das Dichtungselement 14 von 9 ist
ebenfalls in 10 gezeigt. Das in den 9 und 10 gezeigte
Dichtungselement 14 unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten
dadurch, dass in den 9 und 10 die
Kontaktfläche 22 sowie
der Druckentlastungsabschnitt 23 spitze Winkel gegenüber der
Längsachse 25 der Kolbenstange 13 bilden,
während
der Kontaktabschnitt 22 im Wesentlichen parallel zur Achse 25 bei der
in 2 gezeigten Ausführung verläuft. In 10 liegt
die maximale radiale Dicke oder Höhe des Dichtungselementes 14 in
der Mitte zwischen dem Kontaktabschnitt 22 und dem Entlastungsabschnitt 23.
Jedoch wird bei der in 11 gezeigten Ausführung die
radiale Dicke oder Höhe
des Dichtungselementes 14 zur Endfläche 30 hin allmählich größer.
-
Bei
der in 12 gezeigten Ausführung ist die äußere Umfangsfläche des
Dichtungselementes 14 als eine kreisförmige zylindrische Fläche dargestellt.
Es sei jedoch angemerkt, dass diese Fläche eine der in den 3 bis 8, 10 und 11 gezeigten
Formen haben könnte.
Bei der in 12 gezeigten Ausführung besitzt
die Kontur des divergierenden Abschnittes 20 der inneren
Umfangsfläche des
Dichtungselementes 14 eine konvexe, abgerundete Kontur,
die so ausgewählt
ist, um die Dichteigenschaften des Dichtungselementes zu verbessern. Bei
der in den 13 und 14 gezeigten
Ausführung
ist die axiale Kontur des divergierenden Abschnittes 20 insgesamt
konvex. Bei der in 15 gezeigten Kontur geht jedoch
der konvexe divergierende Abschnitt 20 in einen konkaven
Abschnitt 32 über, welcher
das Risiko einer Extrusion des Materials des Dichtungselementes 14 in
den Zwischenraum 21 reduziert.
-
Die 16 bis 19 sind
teilweise Querschnittsansichten, die den in den 2, 9 und 12 gezeigten
Ansichten entsprechen und weitere Ausführungen der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
darstellen. Bei den verschiedenen Ausführungen sind ähnliche
Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
-
Bei
der in 16 gezeigten Ausführung bildet
der Kontaktabschnitt 22 der äußeren Umfangsfläche des
Dichtungselementes 14 einen konkaven Flächenteil, der zum anstoßenden konvexen
Flächenteil des
Kompressionsringes 15 komplementär ist, und kann sich der zweite
Abschnitt oder Druckentlastungsabschnitt 23 in Eingriff
mit der inneren Umfangswand des Kanals 12 befinden oder
dicht an diesem angeordnet sein. In den 16 bis 19 ist der
erste Abschnitt 18 der inneren Umfangsfläche des
Dichtungselementes 14 nicht abgestuft, sondern bildet stattdessen
eine innere kegelstumpfförmige Fläche, die
gegenüber
der Längsachse 25 einen Winkel
definiert, welcher wesentlich größer als
der vom divergierenden Abschnitt 20 definierte Winkel ist.
-
Die
in 17 dargestellte Ausführung ist ähnlich der in 16 gezeigten.
Jedoch ist in 17 das ringförmige Dichtungselement 14 in
zwei in gegenseitigen Eingriff befindlichen ringförmigen Teilen 33 und 34 entsprechend
unterteilt. Diese Teile können
aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften
bestehen. Benachbarte komplementäre
Flächenteile
der ringförmigen
Teile 33 und 34 können mit Hilfe einer Klebeschicht 35 oder
durch andere Mittel zusammengefügt
sein, um ein einstückiges
Dichtungselement 14 zu bilden, oder die Teile 33 und 34 können separat
voneinander sein.
-
Bei
der in 18 gezeigten Ausführung bildet
der in Kontakt mit dem Kompressionsring 15 befindliche
Kontaktabschnitt 22 des Dichtungselementes 14 eine
ringförmige
Tasche mit einer Öffnung
gegenüber
der ersten Endwand 16 des Kanals 12. Die radial
außenliegende
Umfangswand des Dichtungselementes kann dann die innere Umfangswand
des Kanals 12 berühren
oder dicht benachbart zu dieser angeordnet sein.
-
Die
in 19 gezeigte Ausführung der Dichtungsanordnung
unterscheidet sich von der in 18 gezeigten
Ausführung
durch das Merkmal, dass in 19 der
in 18 gezeigte elastomere Kompressionsring durch
einen Kompressionsring 36 mit einem U-förmigen Querschnitt ersetzt
ist. Der Kompressionsring 36 kann aus elastischem Metall, Kunststoff
oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Bei Befestigung
des Kompressionsringes 36 in der im Dichtungselement 14 ausgebildeten
Tasche durch den Kontaktabschnitt 22 werden die Schenkel
des U-förmigen
Querschnittes federnd aufeinanderzu gedrückt. Dies bedeutet, dass im
montierten Zustand der Kompressionsring 36 den Kontaktabschnitt 19 des
Dichtungselementes 14 in dichtenden Eingriff mit der Kolbenstange 13 federnd
vorspannt, und gleichzeitig wird die äußere Umfangsfläche des
Dichtungselementes in Richtung auf die benachbarte innere Umfangsfläche des
Kanals 12 federnd vorgespannt.
-
Es
sei angemerkt, dass die zuvor beschriebenen unterschiedlichen Ausführungen
in gewünschter
Weise miteinander kombiniert werden könnten. Außerdem könnte der ringförmige Kanal
oder die ringförmige
Nut 12, worin das Dichtungselement 12 und der
Kompressionsring 15 angeordnet sind, in der äußeren zylindrischen
Fläche
eines Kolbens oder ähnlichen
Teiles ausgebildet sein und könnte
ein solcher Kolben mit einer zylindrischen Wand oder Bohrung zusammenwirken.