WO2015135541A1 - Dichtung für hydraulische kolben-zylinder-anordnungen - Google Patents

Dichtung für hydraulische kolben-zylinder-anordnungen Download PDF

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WO2015135541A1
WO2015135541A1 PCT/DE2015/200090 DE2015200090W WO2015135541A1 WO 2015135541 A1 WO2015135541 A1 WO 2015135541A1 DE 2015200090 W DE2015200090 W DE 2015200090W WO 2015135541 A1 WO2015135541 A1 WO 2015135541A1
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WO
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sealing
seal
biasing
piston
sealing element
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Application number
PCT/DE2015/200090
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Inventor
Mario Lombardo
Julien Oster
Jürgen Seifermann
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip
    • F16J15/3232—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips
    • F16J15/3236—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips with at least one lip for each surface, e.g. U-cup packings

Definitions

  • the invention relates to a seal for hydraulic piston-cylinder assemblies, in particular for master cylinder or slave cylinder hydraulic Kupplungsbetuschists- or braking systems in motor vehicles, comprising a sealing element which seals between two relatively movable sealing surfaces of the cylinder housing and piston, with the in the preamble of first claim mentioned features.
  • Such seals find application, for example, in clutch master cylinders or brake master cylinders of motor vehicles both as a primary and as a secondary seal.
  • the primary seal serves to seal the pressure chamber of the respective piston-cylinder arrangement to the non-pressurized follow-up space, while the secondary seal seals the pressure-free follow-up space to the atmosphere.
  • the sealing elements used have a main body and two sealing lips directed towards the pressure chamber.
  • the first - dynamic - sealing lip cooperates with a movable relative to the sealing element running surface of the piston-cylinder assembly.
  • the second - static - sealing lip is assigned to a relative to the sealing element immovable part of the piston-cylinder assembly.
  • these seals can be used in a concentrically arranged around a transmission input shaft slave cylinder with an annular piston (Zentralausschreiber) or in a slave cylinder called slave cylinder slave cylinder with a piston with a fully cylindrical pressure surface.
  • the seal is usually constructed so that it is formed to the pressure chamber - in the sealing direction - substantially U- or V-shaped, so that the fluid pressure expands the seal and presses the sealing lips to the respective sealing surface.
  • a pocket is formed between the two sealing lips, which has a hinge point from which the lips move in a lever-like continuation in increasing the fluid pressure against the respective sealing surface.
  • elastomer seals eg of silicone, EPDM or HNBR
  • EPDM or HNBR elastomer seals
  • This preload must be maintained permanently - even with temperature deviations and when in contact with different hydraulic media.
  • the hydraulic medium and the temperature the preload of the seal may decrease or even be lost completely. As a result, a seal of the system is no longer given, the component would fail.
  • silicone seals LSR
  • biasing element In order to eliminate this disadvantage of a decreasing preload of the seal, solutions are known from the prior art, which use an additional biasing means (biasing element).
  • spring-supported groove sealing rings which use a V-shaped metal spring as a biasing element whose base in the seal body and the legs are arranged substantially parallel to the static and the dynamic sealing lip.
  • a seal for reciprocating machine elements in particular for the sealing of rods is described in hydraulic cylinders, which seals both against the housing and against the axially reciprocating machine part (here the rod).
  • a lip seal application which is arranged in a groove of the fixed housing and realizes a seal of a pressurized oil pressure chamber with respect to the atmosphere.
  • the lip seal is designed so that the prevailing before the seal in the oil chamber working pressure spreads the two sealing lips apart until they are pressed into the groove and on the moving piston rod, thereby causing the seal. Since this contact pressure is not sufficient in many applications, especially at low working pressures, was executed between the two sealing lips in the manner of an O-ring Used biasing element, which should provide sufficient preload and thus sealing.
  • a disclosed in DE 198 12 041 A1 sealing element for sealing two coaxial, mutually axially displaceable and / or mutually rotatable sealing surfaces, in particular for sealing a cylindrical piston surface against a hollow cylindrical surface is preferably arranged in a groove in the piston or in the cylinder housing and also has a means for elastic tension on.
  • the biasing means is arranged radially between the inner and outer sealing lip and consists of at least one metal or plastic lamella, which exerts a contact pressure on the sealing lips.
  • the bias of the sealing element can be maintained over a long period of time, even if no or only a small liquid pressure is applied.
  • the disadvantage of the known seals is that under certain conditions, for example, when using an aggressive hydraulic medium, the sealing effect of the sealing element due to the wear of the medium exposed sealing lips reduced anyway.
  • the object of the invention is to provide a seal for hydraulic piston-cylinder arrangements, in particular for master cylinder or slave cylinder of hydraulic Kupplungsbe-composingungs- or brake systems in motor vehicles, in which regardless of the sealing material used and the hydraulic medium, a bias and At the same time a stable sealing effect over life is achieved.
  • a seal for hydraulic piston-cylinder assemblies in particular for donor or slave cylinder of hydraulic Kupplungsbetuschists- or brake systems in motor vehicles, comprising a sealing element which seals between two relatively movable sealing surfaces of the cylinder housing and piston, wherein the sealing element comprises a base body and at least one, directed to a pressure chamber, sealing lip for abutment with one of the sealing surfaces, and wherein a biasing element is provided, which braces the at least one sealing lip against the sealing surface, according to the invention by the biasing member in addition to a biasing function and a sealing function can be realized.
  • the sealing lip representing a static sealing lip of the biasing element is connected upstream of an axial portion of the sealing element in the sealing direction.
  • the static sealing lip formed on the biasing element bears against the sealing surface of the piston which is immovable relative to the sealing element.
  • the sealing lip of the sealing element here represents a dynamic sealing lip, which corresponds to the relative to the sealing element movable sealing surface of the cylinder housing.
  • the sealing element and the biasing element are received in a radially circumferential groove of the piston, wherein the sealing element is axially supported in the compression direction on a stop surface of the groove and the biasing member in the sealing direction on a stop surface of the groove or on a support element arranged in the groove.
  • an outer contour on the rear side of the biasing element facing away from the pressure chamber is advantageously connected to a complementary inner contour of the sealing element.
  • the biasing element is formed from one or more coated or overmolded metal spring (s) or from one or more coated or overmolded plastic component (s).
  • the biasing element may be at least partially encapsulated by the sealing element by means of a two-component injection molding process or adhered to the sealing element. Further preferred embodiments provide a connection of the biasing element with the sealing element via a Einknüpfgeometrie or by welding or fusing.
  • Fig. 1 shows a seal according to the invention in a schematic sectional view.
  • the seal according to the invention is used in a hydraulic cylinder not shown here.
  • the cylinder can be a master cylinder concentric with a gearbox be arranged input shaft slave cylinder with an annular piston (Zentralausschreiber) or a semi-slave cylinder.
  • the seal can be arranged on the piston, for example as a U-ring seal on an annular piston in a Gottausschreiber, or in a housing of a donor or semi-cylinder. It may also relate to a secondary seal contained in the master cylinder for sealing off the interior from the outside, which also seals between the piston and the housing.
  • the seal 1 described in this embodiment is arranged on a piston 2 which is movable within a fixed (static) cylinder housing 3 of a hydraulic cylinder along a longitudinal axis A.
  • a sealing element 4 is introduced in a radially circumferential groove 2.1 of the piston 2 and has a base body 4.1, which is supported with its a pressure chamber P remote from the back region formed on a groove wall of the piston 2 stop surface 2.2.
  • On the main body 4.1 a directed to the pressure chamber P sealing lip 4.2 is arranged, which is about a sealing contour 4.3 in contact with a formed on the cylinder housing 3 sealing surface 3.1.
  • the sealing lip 4.2 here represents the dynamic sealing lip, since it is movable together with the piston 2 and thereby slides along the sealing surface 3.1 of the stationary cylinder housing 3.
  • the sealing element 4 is essentially U-shaped, with an axial section 4.4 adjoining the base body 4.1 on the piston side, which abuts the groove base of the groove 2. 1 forming a sealing surface 2. 3 of the piston 2.
  • the directed also in the direction of the pressure chamber P section 4.4 of the sealing element 4 is significantly shorter than the dynamic sealing lip 4.2.
  • a biasing element 5 is received in the approximately U-shaped inner contour of the sealing element 4.
  • the inner contour of the sealing element 4 formed by the dynamic sealing lip 4.2, the base body 4.1 and the axial section 4.4 in this case has a complementary to the facing outer contour of the biasing element 5 training.
  • the biasing element 5 consists essentially of a base body 5.1 and one of the dynamic sealing lip 4.2 associated biasing region 5.2 and the axial section 4.4 associated sealing region 5.3.
  • the latter is formed by an axial leg, which adjoins the end of the section 4.4 of the sealing element 4 and thus forms an axial extension of the section 4.4.
  • This axial leg / sealing area 5.3 of the biasing element 5 abuts against the sealing surface 2.3 of the piston 2 and thus forms a static sealing lip.
  • the biasing member 5 is substantially a V-shape, with a shorter leg (biasing 5.2) and a relatively long leg (static sealing lip 5.3).
  • a protuberance 5.4 is provided on the biasing member 5, which engages in a complementary recess 4.5 of the dynamic sealing lip 4.2.
  • the dynamic sealing lip 4.2 has at its end a radially inwardly directed nose 4.6, which engages behind the end of the biasing region 5.2 of the biasing member 5 in the manner of an undercut and so causes a fixation of the biasing member 5 to the sealing element 4.
  • the static sealing lip - of the biasing member 5 may preferably still a fixation by a support member 6, for example in the form of arranged on the sealing element 4 or on the biasing member 5 support ribs may be provided.
  • the support element 6 rests as an axial extension of the static sealing lip 5.3 on a pressure chamber side stop surface 2.4 of the groove 2.1 of the piston 2. But jamming in the groove 2.1 of the piston 2 and thus a fixation of sealing element 4 and biasing member 5 to each other can also be done via an additionally introduced support member 6, for example via a support ring in the sealing direction axially in front of the static sealing lip 5.3 in the groove 2.1 of Piston 2 is arranged.
  • the biasing element 5 may in this case be formed by one or more plastic components which provide the bias by a defined geometry. To ensure the performance of the static sealing function, the plastic component (s) may be coated or overmoulded. The biasing member 5 may also be formed by one or more metal springs. In order to perform the static sealing function, the metal spring (s) is / are also encapsulated or coated.
  • the bias voltage can thus be achieved by the resilient properties or by the geometry of the biasing element 5, in particular by the V-shape or the sidecut realized.
  • sealing element 4 In order to secure the biasing element 5 to the sealing element 4, there are several possibilities.
  • a variant provides that the two mutually facing sides of sealing element 4 (inner contour) and biasing element 5 (outer contour) via a Einknüpfgeometrie (not shown here) are interconnected.
  • the biasing element 5 may be completely or partially encapsulated by the sealing element 4 (2K injection molding method), or it may also be glued to the sealing element 4.
  • Another way of connecting sealing element 4 and biasing element 5 is that they are fused together, for example, melted and joined by means of hot plates or hot air. They can also be connected to each other by means of laser welding or ultrasonic welding.
  • the sealing element 4 with its main body 4.1 and the axial section 4.4 or formed by the biasing member 5 static sealing lip 5.3 is disposed on the axially movable piston 2 and the dynamic sealing lip 4.2 slides during the piston movement along the located on the cylinder housing 3 sealing surface 3.1.
  • the sealing element 4 (with biasing element 5) may be arranged in a groove of the stationary cylinder housing 3, and the dynamic sealing lip 4.2 is in operative connection with the sealing surface 2.1 of the movable piston 2. It is also possible to seal the invention 1 to use in a piston-cylinder assembly with an axially movable cylinder housing and a stationary piston.
  • the seal 1 of the invention ensures a bias on the sealing lips over the entire life. This happens independently of both the sealing material and the temperature and the hydraulic medium. Due to the design of the biasing element 5, a good seal is ensured in addition to a corresponding bias.
  • the pre-circuit of the biasing element 5 in front of the sealing element 4 in the sealing direction simultaneously causes a protective function for the sealing element 4 and prevents its premature wear.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtung (1) für hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnungen, insbesondere für Geber- oder Nehmerzylinder von hydraulischen Kupplungsbetätigungs- oder Bremssystemen in Kraftfahrzeugen, umfassend ein Dichtelement (4), welches zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Dichtflächen (3.1, 2.3) von Zylindergehäuse (3) und Kolben (2) abdichtet, wobei das Dichtelement einen Grundkörper (4.1) und zumindest eine, zu einem Druckraum (P) gerichtete, Dichtlippe (4.2) zur Anlage an eine der Dichtflächen (3.1) aufweist, und wobei ein Vorspannelement (5) vorgesehen ist, welches die zumindest eine Dichtlippe gegen die Dichtfläche verspannt. Erfindungsgemäß ist durch das Vorspannelement eine Vorspannfunktion und eine Dichtfunktion realisierbar.

Description

Dichtung für hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnungen
Die Erfindung betrifft eine Dichtung für hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnungen, insbesondere für Geber- oder Nehmerzylinder von hydraulischen Kupplungsbetätigungs- oder Bremssystemen in Kraftfahrzeugen, umfassend ein Dichtelement, welches zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Dichtflächen von Zylindergehäuse und Kolben abdichtet, mit den im Oberbegriff des ersten Anspruchs genannten Merkmalen.
Derartige Dichtungen finden beispielsweise in Kupplungsgeberzylindern oder Hauptbremszylindern von Kraftfahrzeugen sowohl als Primär- als auch als Sekundärdichtung Anwendung. Die Primärdichtung dient dazu, den Druckraum der jeweiligen Kolben-Zylinder-Anordnung zum drucklosen Nachlaufraum hin abzudichten, während die Sekundärdichtung den drucklosen Nachlaufraum zur Atmosphäre hin abdichtet. Grundsätzlich weisen die eingesetzten Dichtelemente einen Grundkörper und zwei zum Druckraum gerichtete Dichtlippen auf. Die erste - dynamische - Dichtlippe wirkt mit einer relativ zum Dichtelement bewegbaren Lauffläche der Kolben-Zylinder-Anordnung zusammen. Die zweite - statische - Dichtlippe ist einem relativ zum Dichtelement unbeweglichen Teil der Kolben-Zylinder-Anordnung zugeordnet. Ebenso können diese Dichtungen in einem konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordneten Nehmerzylinder mit einem Ringkolben (Zentralausrücker) oder in einem als Semi- Nehmerzylinder bezeichneten Nehmerzylinder mit einem Kolben mit einer vollzylindrischen Druckfläche eingesetzt werden.
Die Dichtung ist üblicherweise so aufgebaut, dass sie zum Druckraum - in Dichtrichtung - im Wesentlichen U- oder V-förmig geformt ist, so dass der Flüssigkeitsdruck die Dichtung aufweitet und die Dichtlippen an die jeweilige Dichtfläche drückt. Dabei ist zwischen den zwei Dichtlippen eine Tasche ausgebildet, die einen Gelenkpunkt aufweist, von dem sich die Lippen in hebelartiger Fortsetzung beim Erhöhen des Flüssigkeitsdrucks gegen die jeweilige Dichtfläche bewegen.
Die Auslegung, Funktion und Lebensdauer von Geräten und Zylindern in der Hydraulik (und auch in der Pneumatik) werden ganz maßgeblich von den verwendeten Dichtungen beein- flusst. Von Stangen- bzw. Kolbendichtungen fordert die Industrie im Sinne einer funktionalen Gesamtlösung hohe Medien- und Temperaturverträglichkeit, Verschleiß- und
Extrusionsfestigkeit, Leckagefreiheit, geringe Reibung sowie kompakte Bauweise und einfache Montage. Üblicherweise werden Elastomer-Dichtungen (z. B. aus Silikon, EPDM oder HNBR) verwendet, welche durch ihre Geometrie im verbauten Zustand vorgespannt sind. Das bedeutet, dass die Dichtlippen an der jeweiligen Dichtfläche unter Druck anliegen. Diese Vorspannung muss dauerhaft erhalten bleiben - auch bei Temperaturabweichungen und bei Kontakt mit unterschiedlichen hydraulischen Medien. Allerdings kann in Abhängigkeit vom verwendeten Dichtungswerkstoff, dem hydraulischen Medium und der Temperatur die Vorspannung der Dichtung abnehmen oder sogar komplett verloren gehen. Dadurch ist eine Abdichtung des Systems nicht mehr gegeben, das Bauteil würde ausfallen. Speziell bei Silikondichtungen (LSR) wurde eine Anfälligkeit gegenüber bestimmten Bremsflüssigkeiten beobachtet.
Um diesen Nachteil einer nachlassenden Vorspannung der Dichtung zu beseitigen, sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, welche eine zusätzliche Vorspanneinrichtung (Vorspannelement) einsetzen.
So sind beispielsweise federunterstützte Nutdichtringe bekannt, welche als Vorspannelement eine V-förmige Metallfeder verwenden, deren Grund im Dichtungskörper und deren Schenkel im Wesentlichen parallel zu der statischen und der dynamischen Dichtlippe angeordnet sind. Dadurch ist bereits im drucklosen Zustand - wenn noch kein Druckfluid an dem Dichtelement anliegt - eine Vorspannung gegeben, welche die beiden Dichtlippen radial nach außen bzw. radial nach innen an die jeweilige Dichtfläche drückt.
Bekannt sind auch in der Form eines O-Ringes ausgeführte Vorspannelemente. Dieser wird ebenfalls zwischen den beiden Dichtlippen angeordnet und drückt diese radial auseinander.
In der DE 28 45 920 B1 ist beispielsweise eine Dichtung für hin- und hergehende Maschinenelemente, insbesondere für die Abdichtung von Stangen bei Hydraulikzylindern beschrieben, welche sowohl gegen das Gehäuse als auch gegen das axial hin- und hergehende Maschinenteil (hier die Stange) abdichtet. Dabei findet unter anderem auch eine Lippendichtung Anwendung, die in einer Nut des feststehenden Gehäuses angeordnet ist und eine Abdichtung eines unter Druck stehenden Öldruckraumes gegenüber der Atmosphäre realisiert. Die Lippendichtung ist so gestaltet, dass der vor der Dichtung in dem Ölraum herrschende Arbeitsdruck die beiden Dichtlippen soweit auseinander spreizt, bis diese in der Nut und auf der sich bewegenden Kolbenstange angepresst werden und dadurch die Abdichtung bewirken. Da diese Anpressung in vielen Anwendungsfällen, vor allem bei geringen Arbeitsdrücken, nicht ausreicht, wurde zwischen die beiden Dichtlippen ein in der Art eines O-Ringes ausgeführtes Vorspannelement eingesetzt, das für eine ausreichende Vorspannung und damit Abdichtung sorgen soll.
Ein in der DE 198 12 041 A1 offenbartes Dichtelement zur Abdichtung von zwei koaxialen, gegeneinander axial verschieblichen und/oder gegeneinander verdrehbaren Dichtflächen, insbesondere zur Abdichtung einer zylindrischen Kolbenfläche gegen eine Hohlzylinderfläche, ist vorzugsweise in einer Nut im Kolben oder im Zylindergehäuse angeordnet und weist ebenfalls ein Mittel zur elastischen Verspannung auf. Das Vorspannmittel ist radial zwischen innerer und äußerer Dichtlippe angeordnet und besteht aus mindestens einer aus Metall oder Kunststoff bestehenden Lamelle, welche einen Anpressdruck auf die Dichtlippen ausübt.
Durch den Einsatz eines zusätzlichen Vorspannelementes kann die Vorspannung des Dichtelementes über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden, auch wenn kein oder nur ein geringer Flüssigkeitsdruck anliegt. Der Nachteil der bekannten Dichtungen besteht darin, dass bei bestimmten Bedingungen, beispielsweise bei Verwendung eines aggressiven hydraulischen Mediums, sich die Dichtwirkung des Dichtelementes aufgrund des Verschleißes der dem Medium ausgesetzten Dichtlippen trotzdem verringert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dichtung für hydraulische Kolben-Zylinder- Anordnungen, insbesondere für Geber- oder Nehmerzylinder von hydraulischen Kupplungsbe- tätigungs- oder Bremssystemen in Kraftfahrzeugen zu schaffen, bei welcher unabhängig von dem eingesetzten Dichtungswerkstoff und dem hydraulischen Medium eine Vorspannung und gleichzeitig eine beständige Dichtwirkung über Lebensdauer erzielbar ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer Dichtung für hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnungen, insbesondere für Geberoder Nehmerzylinder von hydraulischen Kupplungsbetätigungs- oder Bremssystemen in Kraftfahrzeugen, umfassend ein Dichtelement, welches zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Dichtflächen von Zylindergehäuse und Kolben abdichtet, wobei das Dichtelement einen Grundkörper und zumindest eine, zu einem Druckraum gerichtete, Dichtlippe zur Anlage an eine der Dichtflächen aufweist, und wobei ein Vorspannelement vorgesehen ist, welches die zumindest eine Dichtlippe gegen die Dichtfläche verspannt, ist erfindungsgemäß durch das Vorspannelement neben einer Vorspannfunktion auch eine Dichtfunktion realisierbar. Dabei ist an dem Vorspannelement ein Dichtbereich in Form einer zu dem Druckraum gerichteten Dichtlippe ausgebildet.
In vorteilhafter Weise ist die eine statische Dichtlippe darstellende Dichtlippe des Vorspannelementes einem axialen Abschnitt des Dichtelementes in Dichtrichtung vorgeschaltet.
In einer bevorzugten Ausführung liegt die an dem Vorspannelement ausgebildete statische Dichtlippe an der relativ zu dem Dichtelement unbeweglichen Dichtfläche des Kolbens an. Die Dichtlippe des Dichtelementes stellt hier eine dynamische Dichtlippe dar, welche mit der relativ zu dem Dichtelement beweglichen Dichtfläche des Zylindergehäuses korrespondiert.
Vorzugsweise sind das Dichtelement und das Vorspannelement in einer radial umlaufenden Nut des Kolbens aufgenommen, wobei das Dichtelement sich in Druckrichtung an einer Anschlagfläche der Nut und das Vorspannelement sich in Dichtrichtung an einer Anschlagfläche der Nut oder an einem in der Nut angeordneten Stützelement axial abstützt. Dabei ist in vorteilhafter Weise eine Außenkontur an der dem Druckraum abgewandten Rückseite des Vorspannelementes mit einer komplementär ausgebildeten Innenkontur des Dichtelementes verbunden.
In vorteilhafter Weise ist das Vorspannelement aus einer oder mehreren beschichteten oder umspritzten Metallfeder(n) oder aus einem oder mehreren beschichteten oder umspritzten Kunststoffbauteil(en) gebildet.
Das Vorspannelement kann zumindest teilweise von dem Dichtelement mittels eines Zwei- Komponenten-Spritzgussverfahrens umspritzt oder auf das Dichtelement aufgeklebt sein. Weitere bevorzugte Ausführungen sehen eine Verbindung des Vorspannelementes mit dem Dichtelement über eine Einknüpfgeometrie oder mittels Verschweißen oder Verschmelzen vor.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Dichtung in schematischer Schnittdarstellung.
Die erfindungsgemäße Dichtung ist in einem hier nicht näher dargestellten Hydraulikzylinder eingesetzt. Der Zylinder kann dabei ein Geberzylinder, ein konzentrisch um eine Getriebeein- gangswelle angeordneter Nehmerzylinder mit einem Ringkolben (Zentralausrücker) oder ein Semi-Nehmerzylinder sein. Die Dichtung kann am Kolben, beispielsweise als Nutringdichtung an einem Ringkolben in einem Zentralausrücker, oder in einem Gehäuse eines Geber- oder Semizylinders angeordnet sein. Es kann auch eine im Geberzylinder enthaltene Sekundärdichtung zum Abdichten des Innenraums gegenüber dem Außenraum betreffen, die ebenfalls zwischen Kolben und Gehäuse abdichtet.
Die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Dichtung 1 ist an einem Kolben 2, der innerhalb eines feststehenden (statischen) Zylindergehäuses 3 eines Hydraulikzylinders entlang einer Längsachse A bewegbar ist, angeordnet. Ein Dichtelement 4 ist in einer radial umlaufenden Nut 2.1 des Kolbens 2 eingebracht und weist einen Grundkörper 4.1 auf, der sich mit seinem einem Druckraum P abgewandten Rückenbereich an einer von einer Nutwand des Kolbens 2 gebildeten Anschlagfläche 2.2 abstützt. An dem Grundkörper 4.1 ist eine zu dem Druckraum P gerichtete Dichtlippe 4.2 angeordnet, die sich über eine Dichtkontur 4.3 in Kontakt mit einer am Zylindergehäuse 3 ausgebildeten Dichtfläche 3.1 befindet. Die Dichtlippe 4.2 stellt hier die dynamische Dichtlippe dar, da sie gemeinsam mit dem Kolben 2 bewegbar ist und dabei an der Dichtfläche 3.1 des unbeweglichen Zylindergehäuses 3 entlang gleitet.
Das Dichtelement 4 ist im Wesentlichen U-förmig ausgeführt, wobei sich kolbenseitig an den Grundkörper 4.1 ein axialer Abschnitt 4.4 anschließt, der an dem eine Dichtfläche 2.3 des Kolbens 2 bildenden Nutgrund der Nut 2.1 anliegt. Dabei ist der ebenfalls in Richtung des Druckraumes P gerichtete Abschnitt 4.4 des Dichtelementes 4 deutlich kürzer ausgeführt als die dynamische Dichtlippe 4.2. Auf der dem Druckraum P zugewandten Seite ist in der in etwa U-förmig ausgebildeten Innenkontur des Dichtelementes 4 ein Vorspannelement 5 aufgenommen. Die von der dynamischen Dichtlippe 4.2, dem Grundkörper 4.1 und dem axialen Abschnitt 4.4 gebildete Innenkontur des Dichtelementes 4 weist hierbei eine zu der zugewandten Außenkontur des Vorspannelementes 5 komplementäre Ausbildung auf. Das Vorspannelement 5 besteht im Wesentlichen aus einem Grundkörper 5.1 sowie einem der dynamischen Dichtlippe 4.2 zugeordneten Vorspannbereich 5.2 und einem dem axialen Abschnitt 4.4 zugeordneten Dichtbereich 5.3. Letzterer wird von einem axialen Schenkel gebildet, welcher sich an das Ende des Abschnitts 4.4 des Dichtelementes 4 anschließt und so eine axiale Verlängerung des Abschnitts 4.4 bildet. Dieser axiale Schenkel/Dichtbereich 5.3 des Vorspannelementes 5 liegt an der Dichtfläche 2.3 des Kolbens 2 an und bildet so eine statische Dichtlippe. Dabei zeigt das Vorspannelement 5 im Wesentlichen eine V-Form, mit einem kürzeren Schenkel (Vorspannbereich 5.2) und einem relativ langen Schenkel (statische Dichtlippe 5.3). Die sich an den axialen Abschnitt 4.4 des Dichtelementes 4 anschließende statische Dichtlippe 5.3 bil- det hier neben der axialen Erstreckung gleichzeitig auch eine radial gerichtete Verbreiterung des Vorspannelementes 5 aus, die sich an dessen schmaleren Grundkörper 5.1 anschließt. Für die Befestigung des Vorspannelementes 5 an dem Dichtelement 4 ist an dem Vorspannelement 5 eine Ausstülpung 5.4 vorgesehen, die in eine komplementär ausgebildete Vertiefung 4.5 der dynamischen Dichtlippe 4.2 eingreift. Außerdem besitzt die dynamische Dichtlippe 4.2 an ihrem Ende eine nach radial innen gerichtete Nase 4.6, welche das Ende des Vorspannbereiches 5.2 des Vorspannelementes 5 in der Art eines Hinterschnittes hintergreift und so eine Fixierung des Vorspannelementes 5 an dem Dichtelement 4 bewirkt.
An dem zum Druckraum P gerichteten Schenkel 5.3 - der statischen Dichtlippe - des Vorspannelementes 5 kann vorzugsweise noch eine Fixierung durch ein Stützelement 6, beispielsweise in Form von an dem Dichtelement 4 oder an dem Vorspannelement 5 angeordneten Stützrippen, vorgesehen sein. Das Stützelement 6 liegt dabei als axiale Verlängerung der statischen Dichtlippe 5.3 an einer druckraumseitigen Anschlagfläche 2.4 der Nut 2.1 des Kolbens 2 an. Ein Verklemmen in der Nut 2.1 des Kolbens 2 und damit eine Fixierung von Dichtelement 4 und Vorspannelement 5 zueinander kann aber auch über ein zusätzlich eingebrachtes Stützelement 6, beispielsweise über einen Stützring erfolgen, der in Dichtrichtung axial vor der statischen Dichtlippe 5.3 in der Nut 2.1 des Kolbens 2 angeordnet ist.
Das Vorspannelement 5 kann hierbei durch ein oder mehrere Kunststoffbauteile gebildet sein, welche durch eine definierte Geometrie die Vorspannung zur Verfügung stellen. Um die Ausübung der statischen Dichtfunktion zu gewährleisten, kann/können das/die Kunststoffbau- teil(e) beschichtet oder umspritzt sein. Das Vorspannelement 5 kann ebenso durch eine oder mehrere Metallfedern gebildet sein. Um die statische Dichtfunktion ausüben zu können, ist/sind die Metallfeder(n) ebenfalls umspritzt oder beschichtet.
Die Vorspannung kann somit durch die federnden Eigenschaften erzielt oder durch die Geometrie des Vorspannelementes 5, insbesondere durch die V-Form bzw. die Taillierung, verwirklicht werden.
Um das Vorspannelement 5 an dem Dichtelement 4 zu befestigen gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine Variante sieht vor, dass die beiden einander zugewandten Seiten von Dichtelement 4 (Innenkontur) und Vorspannelement 5 (Außenkontur) über eine Einknüpfgeometrie (hier nicht dargestellt) miteinander verbunden sind. Weiterhin kann das Vorspannelement 5 komplett oder teilweise von dem Dichtelement 4 umspritzt sein (2K-Spritzgussverfahren), oder es kann auch auf das Dichtelement 4 aufgeklebt sein. Eine weitere Möglichkeit der Verbindung von Dichtelement 4 und Vorspannelement 5 besteht darin, dass sie miteinander verschmolzen werden, beispielsweise mittels heißer Platten oder Heißluft aufgeschmolzen und gefügt. Sie können ebenso mittels Laserschweißen oder mittels Ultraschallschweißen miteinander verbunden werden.
Im Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement 4 mit seinem Grundkörper 4.1 und dem axialen Abschnitt 4.4 bzw. die von dem Vorspannelement 5 gebildete statische Dichtlippe 5.3 an dem axial bewegbaren Kolben 2 angeordnet und die dynamische Dichtlippe 4.2 gleitet während der Kolbenbewegung entlang der an dem Zylindergehäuse 3 befindlichen Dichtfläche 3.1.
In einer hier nicht dargestellten Ausführung kann das Dichtelement 4 (mit Vorspannelement 5) in einer Nut des unbeweglichen Zylindergehäuses 3 angeordnet sein, und die dynamische Dichtlippe 4.2 steht in Wirkverbindung mit der Dichtfläche 2.1 des beweglichen Kolbens 2. Ebenso besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Dichtung 1 in einer Kolben-Zylinder- Anordnung mit einem axial bewegbaren Zylindergehäuse und einem unbeweglichen Kolben einzusetzen.
Die erfindungsgemäße Dichtung 1 stellt eine Vorspannung auf die Dichtlippen über die gesamte Lebensdauer sicher. Das geschieht unabhängig sowohl von dem Dichtungswerkstoff als auch von der Temperatur und dem hydraulischen Medium. Durch die Ausbildung des Vorspannelementes 5 wird neben einer entsprechenden Vorspannung auch eine gute Abdichtung gewährleistet. Die Vorschaltung des Vorspannelementes 5 vor das Dichtelement 4 in Dichtrichtung (entgegen der Druckrichtung) bewirkt hierbei gleichzeitig eine Schutzfunktion für das Dichtelement 4 und verhindert dessen vorzeitigen Verschleiß.
Bezugszeichenliste
1 Dichtung
2 Kolben
2.1 Nut
2.2 Anschlagfläche
2.3 Nutgrund/Dichtfläche
2.4 Anschlagfläche
3 Zylindergehäuse
3.1 Dichtfläche
4 Dichtelement
4.1 Grundkörper
4.2 dynamische Dichtlippe
4.3 Dichtkontur
4.4 Axialer Abschnitt
4.5 Vertiefung
4.6 Nase/Hinterschnitt
5 Vorspannelement
5.1 Grundkörper
5.2 Vorspannbereich
5.3 statische Dichtlippe/Dichtbereich/axialer Schenkel
5.4 Ausstülpung
6 Stützelement/Stützrippen/Stützring
A Längsachse
P Druckraum

Claims

Patentansprüche
1 . Dichtung (1 ) für hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnungen, insbesondere für Geberoder Nehmerzylinder von hydraulischen Kupplungsbetätigungs- oder Bremssystemen in Kraftfahrzeugen, umfassend ein Dichtelement (4), welches zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Dichtflächen (3.1 , 2.3) von Zylindergehäuse (3) und Kolben (2) abdichtet, wobei das Dichtelement (4) einen Grundkörper (4.1 ) und zumindest eine, zu einem Druckraum (P) gerichtete, Dichtlippe (4.2) zur Anlage an eine der Dichtflächen (3.1 ) aufweist, und wobei ein Vorspannelement (5) vorgesehen ist, welches die zumindest eine Dichtlippe (4.2) gegen die Dichtfläche (3.1 ) verspannt, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Vorspannelement (5) neben einer Vorspannfunktion auch eine Dichtfunktion realisierbar ist.
2. Dichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem Vorspannelement (5) ein Dichtbereich in Form einer zu dem Druckraum (P) gerichteten Dichtlippe (5.3) ausgebildet ist.
3. Dichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (5.3) eine statische Dichtlippe darstellt und einem axialen Abschnitt (4.4) des Dichtelementes (4) in Dichtrichtung vorgeschaltet ist.
4. Dichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Dichtlippe (5.3) an der relativ zu dem Dichtelement (4) unbeweglichen Dichtfläche (2.3) des Kolbens (2) anliegt.
5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (4.2) des Dichtelementes (4) eine dynamische Dichtlippe darstellt und mit der relativ zu dem Dichtelement (4) beweglichen Dichtfläche (3.1 ) des Zylindergehäuses (3) korrespondiert.
6. Dichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur an der dem Druckraum (P) abgewandten Rückseite des Vorspannelementes (5) mit einer komplementär ausgebildeten Innenkontur des Dichtelementes (4) verbunden ist.
7. Dichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (4) und das Vorspannelement (5) in einer radial umlaufenden Nut (2.1 ) des Kolbens (2) aufgenommen sind, wobei das Dichtelement (4) sich in Druckrichtung an einer Anschlagfläche (2.2) der Nut (2.1 ) und das Vorspannelement (5) sich in Dichtrichtung an einer Anschlagfläche (2.4) der Nut (2.1 ) oder an einem in der Nut (2.1 ) angeordneten Stützelement (6) axial abstützen.
8. Dichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (5) aus einer oder mehreren beschichteten oder umspritzten Metall- feder(n) oder aus einem oder mehreren beschichteten oder umspritzten Kunststoffbau- teil(en) gebildet ist.
9. Dichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (5) zumindest teilweise von dem Dichtelement (4) mittels eines Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens umspritzt oder auf das Dichtelement (4) aufgeklebt ist.
10. Dichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (5) und das Dichtelement (4) über eine Einknüpfgeometrie oder mittels Verschweißen oder Verschmelzen miteinander verbunden sind.
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