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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Pufferdichtung zur Aufnahme
von hohen Drücken
zwischen einer Quelle für
hohen Druck und benachbarten Dichtungen und insbesondere auf eine Pufferdichtung,
die effektiver die hohen Drücke
absorbiert und eine größere Haltbarkeit
und Zuverlässigkeit
bietet.
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Technischer
Hintergrund
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Viele
bekannte Pufferdichtungen weisen Urethan-Ringe mit rechteckigen
oder nahezu rechteckigen Querschnittsformen auf, um eine bidirektionale
Abdichtung zu bieten. Diese Pufferdichtungen haben eine Tendenz,
hydraulisches Strömungsmittel oder Öl zwischen
sich und benachbarten Dichtungsringen einzufangen. Dieses eingeschlossene
Strömungsmittel
oder Öl
erreicht zeitweise Druckpegel, die ausreichen, um sowohl die Pufferdichtung
als auch die benachbarten Dichtungen zu beschädigen. Andere bekannte Pufferdichtungen
verwenden nicht extrudierte Stützringe
in einer Nut hinter der Dichtungsfläche, jedoch tendiert die Dichtungsfläche dieser
bekannten Pufferdichtungen dazu, sich in das Gebiet zwischen dem
Stützring
und der abgedichteten Welle zu extrudieren bzw. auszustülpen. Viele
andere Dichtungen mit Stützringen
sind verwendet worden, um eine Abdichtung zwischen einer Dichtung und
einer Welle ohne die Anwendung von Pufferdichtungen vorzusehen.
Diese bekannten Dichtungen sind, wenn sie ohne eine Pufferdichtung
verwendet werden, normalerweise ziemlich massig an Größe, wenn
sie bei Hochdruckanwendungen verwendet werden, und haben normalerweise
große
Flächen, die
dem hohen Druck ausgesetzt sind, um eine Druckaktivierung der Dichtungsfläche zu erhalten. Wenn
die Druckaktivierungskraft zu hoch wird, wird der Ölfilm auf
der Welle weggedrückt,
und die Welle und/oder die Dichtung wird aufgrund der Reibungsgegenwirkung
dazwischen abgenutzt.
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DE-A-28
45 920 offenbart eine Dichtung für sich
hin und her bewegende Maschinenelemente, insbesondere für die Abdichtung
von Stangen von Hydraulikzylindern, und zwar mit einer Dichtung,
die gegen das Gehäuse
genauso wie gegen das sich axial hin und her bewegende Maschinenteil
abdichtet, mit einem voranlaufenden Schutzelement, welches zwischen
der Dichtung und der unter Druck gesetzten Kammer des Zylinders
angeordnet ist, und einen Abstreifer, wobei der Abstreifer zur Atmosphäre hin weist.
Das vorauslaufende Schutzelement ist mit einer Lippe versehen, wobei
die Lippe zu der unter Druck gesetzten Ölkammer gerichtet ist, wobei
die Lippe die sich hin und her bewegende Kolbenstange berührt, und Öffnungen
hat, wobei die Öffnungen eine
Verbindung zwischen der Kammer mit unter Druck gesetztem Öl und der Ölkammer
erzeugen, die zwischen dem voranlaufenden Schutzelement und der
Lippendichtung ausgeformt ist.
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In
EP-A-0 427 554 werden Pufferdichtungsringe beschrieben, und Stangendichtungen,
die sie verwenden. Der Ring sitzt in einer axial überbemessenen
Gehäusenut
in der Stangenbohrung, um eine Hauptstangendichtung vor Druckstößen zu schützen. Um
die möglicherweise
schädigenden
Effekte des Druckes zu vermeiden, der zwischen der Stangendichtung
und der Pufferdichtung eingeschlossen ist, hat die Pufferdichtung
eine Abdichtungsstirnseite auf der Stangendichtungsseite, die eine
zurückgenommene
Antriebsfläche
aufweist, beispielsweise einen ringförmigen Kanal, der innerhalb
eines Ringdichtungsteils liegt. Die Antriebsfläche steht in Verbindung mit
dem Strömungsmittel
in der Bohrung durch Verbindungsausnehmungen, beispielsweise Schlitze in
einer inneren Tragrippe, so daß übermäßiger Druck
auf dieser Seite den Ring axial aus der Dichtung treiben kann und
gestatten kann, daß der
Druck durch sich axial erstreckende Druckabgabenuten um die Kante
herum und die entgegenweisende Stirnseite des Rings abgelassen wird.
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Schließlich offenbart
EP-A-0 299 431 eine Abdichtungsvorrichtung zur Abdichtung einer
Kolbenstange, insbesondere einer Kolbenstange einer Gasfeder, die
einen Behälter
hat, in dem ein unter Druck gesetztes Gas ist. Die Kolbenstange
wird am Auslassende des Behälters
mittels einer Kolbenstangenführung
geführt
und ist zum Äußeren mittels
einer Kolbenstangendichtung abgedichtet. Zwischen der Kolbenstangendichtung
und der Betriebskammer, die das unter Druck gesetzte Gas enthält, ist
eine Flüssigkeitskammer,
die mit einer Flüssigkeitsversorgung gefüllt wird
und von der mit Gas gefüllten
Betriebskammer durch einen Dichtungsring abgetrennt ist. Der Dichtungsring
ist mit Dichtungsvorsprüngen
an seiner äußeren Kontur
vorgesehen und ruht auf der inneren Wand des Behälterrohrs. Radial innerhalb
ist er als eine relativ schmale Dichtungslippe ausgelegt, die auf
der Oberfläche
der Kolbenstange ruht.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der
oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Pufferdichtung nach Anspruch 1 vorgesehen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung können
aus den abhängigen
Ansprüchen
gewonnen werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist ein Teilquerschnitt
einer Dichtungsanordnung, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung verkörpert;
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2 ist ein Teilquerschnitt
der Dichtungsanordnung der 1,
wobei eine Welle dort hindurch angeordnet ist;
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3 ist ein Teilquerschnitt
der Dichtungsanordnung der 2 mit
Pfeilen, die die Anwesenheit von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
darstellen, welches auf die freigelegten Oberflächen der Dichtung wirkt;
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4 ist ein teilweise umlaufender
Schnitt einer Pufferdichtung von dem Teilquerschnitt der Dichtungsanordnung
der 1; und
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5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines alternativen Ausführungsbeispiels
der Pufferdichtung genommen aus dem Teilquerschnitt der Dichtungsanordnung
der 1.
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Bester Weg
zur Ausführung
der Erfindung
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf die 1, 2 und 3 ist eine Dichtungsanordnung 10 veranschaulicht,
um eine Abdichtung von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zwischen einer
axial bewegbaren Welle 12 und einem Gehäuse 14 vorzusehen.
Die Dichtungsanordnung weist eine Wischdichtung 16, eine
Pufferdichtung 18 mit einem Stützring 19, eine Dichtung 20 mit
radialer Lippe und einen Abnutzungsstreifen 22 auf. Die
Mittellinie der Welle 12 dient als eine Referenzachse 23 für jede der Dichtungen 16, 18, 20,
den Abnutzungsstreifen 22 und den Stützring 19.
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Das
Gehäuse 14 hat
eine Ausnehmung 24, die in einem Ende davon definiert ist,
die sich nach innen von einer Endfläche 26 erstreckt.
Eine erste Nut 28 ist in dem Gehäuse definiert, und hat eine
Größe zur Aufnahme
der Pufferdichtung 18, und eine zweite Nut 30 ist
darin definiert und hat eine Größe zur Aufnahme
der Dichtung 20 mit radialer Lippe. Eine Bohrung 32 ist
in dem Gehäuse
definiert und nimmt den Abnutzungsstreifen 22 auf.
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Die
Wischdichtung 16 ist dahingehend wirksam, daß sie Schmutz
und andere Verunreinigungen von der Welle 12 wegstreicht,
wenn sie sich nach links bewegt, wie in 2 zu sehen. Dies eliminiert die Möglichkeit,
daß die
Dichtung 20 mit radialer Lippe oder die Pufferdichtung 18 dadurch
beschädigt werden,
daß sie
Verunreinigungen ausgesetzt werden.
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Die
Dichtung 20 mit radialer Lippe ist in wohlbekannter Weise
dahingehend wirksam, daß sie
die Leckage von Strömungsmittel
aus einer Strömungsmittelkammer 34 verhindert,
die Hochdruckströmungsmittel
enthält.
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Die
Pufferdichtung 18 ist dahingehend wirksam, daß sie hohe
Drücke
innerhalb der Strömungsmittelkammer 34 absorbiert.
Die Pfeile in 3 veranschaulichen
grafisch den Druck, der jeweils auf die Pufferdichtung 18 und
die Dichtung 20 mit radialer Lippe wirkt. Es sei bemerkt,
daß die
Pufferdichtung 18 normalerweise plötzlichen größeren Druckpegeln unterworfen
ist als die Dichtung 20 mit radialer Lippe, obwohl die
Dichtung 20 mit radialer Lippe auch hohen Druckpegeln widerstehen
muß.
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Mit
Bezug auf 1 ist die
Pufferdichtung 18 in ihrem entspannten Zustand veranschaulicht,
ohne daß die
Welle 12 eingebaut ist. Die Pufferdichtung 18 weist
einen Körperteil 36 und
einen Dichtungsteil 38 auf. Der Körperteil 36 hat einen
Außenumfangsteil 39,
einen Innenumfangsteil 40, eine erste radiale Stirnseite 42 und
eine zweite radiale Stirnseite 44. Der Außenumfangsteil 39 ist
im allgemeinen parallel zu der Referenzachse 23 orientiert
und hat eine Vielzahl von Nuten 46, die voneinander um
den Umfang des Körperteils
36 herum beabstandet sind. Die Nuten 46 sind im allgemeinen
parallel zur Referenzachse 23 orientiert. Die zweite radiale
Stirnseite 44 hat eine Vielzahl von ringförmigen erhabenen
Ringen 48, die daran angeordnet sind.
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Eine
Nut 50 ist in dem Innenumfangsteil 40 des Körperteils 36 definiert
und hat eine ausreichende Größe, um den
Stützring 19 aufzunehmen.
Die Nut 50 ist benachbart zu der zweiten radialen Stirnseite 44 gelegen.
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Der
Dichtungsteil 38 weist eine erste Oberfläche 52 und
eine zweite Oberfläche 54 auf.
Die erste Oberfläche 52 ist
senkrecht zur Referenzachse 23 und erstreckt sich in einer
axialen Richtung von dem Körperteil 36,
um eine Schulter bzw. einen Absatz 56 mit dem Körperteil 36 zu
bilden. Die zweite Oberfläche 54 bildet
einen spitzen Winkel mit Bezug auf die Referenzachse 23 und
zwar von vorzugsweise weniger als 30 Grad. Die Spitze der ersten
und zweiten Oberflächen 52, 54 ist
an einer Stelle näher
zur Referenzachse gelegen als der Rest der Pufferdichtung 18.
Das andere Ende der zweiten Oberfläche endet in der Nut 50.
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Der
Dichtungsteil 38 des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist auch
eine dritte Oberfläche 58 auf,
die sich von der ersten Oberfläche 52 zur zweiten
Oberfläche 54 erstreckt.
Der Schnittpunkt der dritten Oberfläche 58 mit der zweiten
Oberfläche 56 ist
im allgemeinen benachbart zu der senkrechten ersten Oberfläche 52.
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Eine
Vielzahl von Nuten 60 ist in der ersten Oberfläche 52 des
Dichtungsteils 38 definiert. Die Vielzahl von Nuten 60 ist
voneinander um die Stirnseite der ersten Oberfläche 52 beabstandet
und erstreckt sich radial nach außen von der Referenzachse 23.
Vorzugsweise ist der Unterteil der jeweiligen Nut der Vielzahl von
Nuten 60 axial näher
an einer Ebene, die von der ersten Oberfläche 52 definiert wird,
als an dem Schnittpunkt der zweiten und dritten Oberflächen 54, 58.
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Mit
Bezug auf 4 ist die
Vielzahl von Nuten 46 auf dem Außenumfangsteil 39 und
die Vielzahl von Nuten 60 auf der ersten Oberfläche 52 des
Dichtungsteils 38 klarer veranschaulicht.
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Mit
Bezug auf 5 ist ein
vergrößerter Querschnitt
eines alternativen Ausführungsbeispiels der
Pufferdichtung 18 mit einem Querschnitt des Stützrings 19 veranschaulicht.
Der Stützring 19 ist der
gleiche wie der Stützring
der 1. Die einzigen Unterschiede
zwischen der Pufferdichtung 18 der 1 und jener der 5 sind, daß der Dichtungsteil 38 nicht
eine dritte Oberfläche 58 hat,
und daß die Vielzahl
von Nuten 60 entfernt wurde. Die ersten und zweiten Oberflächen 52, 54 der 5 schneiden sich an der
Spitze der zwei Oberflächen,
die mit der senkrechten Ebene der ersten Oberfläche 52 zusammenfällt.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Im
Betrieb der Dichtungsanordnung der vorliegenden Erfindung arbeiten
die Pufferdichtung der 1 und
die Pufferdichtung der 5 im
wesentlichen in der gleichen Weise. Jedoch kann der Schnittpunkt
der zweiten und dritten Oberflächen 54, 58 des Ausführungsbeispiels
der 1 eine geringere
Tendenz haben, sich nach außen
auszustülpen,
und zwar im Vergleich zu dem Schnittpunkt der ersten und zweiten
Oberflächen 52, 54 des
Ausführungsbeispiels
der 5.
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Wie
in 2 veranschaulicht
ist, sobald die Welle 12 durch die Dichtungsanordnung 10 hindurchgeführt worden
ist, die Außenfläche der
Welle 12 in dichtendem Eingriff mit den jeweiligen Dichtungen der
Dichtungsanordnung 10. Wenn die Welle 12 nach links
bewegt wird, wie in den Zeichnungen zu sehen, reinigt die Wischdichtung 16 die
Außenfläche der Welle 12,
um sicherzustellen, daß keine
Verunreinigungen die Dichtung 20 mit radialer Lippe oder
die Pufferdichtung 18 erreichen dürfen.
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Wie
in 3 veranschaulicht,
wird das unter Druck gesetzte Strömungsmittel innerhalb der Strömungsmittelkammer 34 zuerst
gegen die Pufferdichtung 18 und darauf folgend gegen die
Dichtung 20 mit radialer Lippe geleitet. Der Stützring 19 dient
dazu, der Tendenz des Dichtungsteils 38 Widerstand zu bieten,
sich in einer Richtung zu der Dichtung 20 mit radialer
Lippe auszustülpen.
Die Schulter 56 dient als eine Wirkfläche, auf die das unter Druck
gesetzte Strömungsmittel
wirken kann, um den Dichtungsteil 38 in Eingriff mit der
Welle 12 zu drücken.
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Die
Vielzahl der Nuten 46 in der Außenumfangsfläche 39,
die Vielzahl der Nuten 60 in der ersten Fläche 52 des
Dichtungsteils 38 und die ringförmigen erhabenen Ringe 48 auf
der zweiten radialen Stirnseite 44 sind dahingehend wirksam,
daß sie
sicherstellen, daß kein
unter Druck gesetztes Strömungsmittel
zwischen der Pufferdichtung 18 und der Dichtung 20 mit
radialer Lippe eingeschlossen wird, wenn der Druck in der Strömungsmittelkammer 34 abnimmt.
Die ringförmigen
erhabenen Ringe 48 dienen bei hohem Druck dazu, kleinere
Kontaktbereiche auf der zweiten Stirnseite vorzusehen, so daß die Kräfte, die
von dem Druck erzeugt werden, der auf die gegenüberliegende Seite wirkt, stärker konzentriert
sind.
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In
dem man die zweite Oberfläche 54 des Abdichtungsteils 38 mit
einem spitzen Winkel von weniger als 30 Grad mit Bezug zur Referenzachse 23 vorsieht,
wird die Tendenz des Dichtungsteils 38, sich nach außen auszustülpen bzw.
zu extrudieren, wesentlich eliminiert. Der Stützring 19 bietet weitere
Sicherheit dahingehend, daß der
Dichtungsteil 38 sich nicht nach außen ausstülpt.
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Der
Abnutzungsstreifen 22 wird verwendet, um eine Oberfläche vorzusehen,
auf der die Welle 12 relativ gleiten kann, um die Gleitreibung
zu reduzieren. Es sei bemerkt, daß bei vielen Anordnungen der Abnutzungsstreifen 12 nicht
verwendet wird oder an einer anderen Stelle gelegen ist. Zusätzlich könnte die
Pufferdichtung 18 der vorliegenden Erfindung bei anderen
Dichtungsanordnungen oder in einigen Anwendungen selbst verwendet
werden.