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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für Hochdruckanwendungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Montage gemäß Anspruch 7.
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In der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) werden üblicherweise Kolbenpumpen zur Förderung von Flüssigkeiten eingesetzt. Der Kolben kann dabei gebildet werden aus einem in sehr engen Toleranzen gefertigten, glatten Stab, beispielsweise aus Zirkoniumoxid oder Saphir. Er bewegt sich relativ zu einer feststehenden Dichtung, an welcher er möglichst reibungsarm entlanggleitet. Die Dichtung soll den Spalt schließen zwischen einem den Zylinder ausbildenden Pumpenkopf und dem darin oszillierenden Kolben. Dabei bestehen zwei funktionelle Dichtbereiche: Einerseits zwischen der ortsfesten Dichtung und dem bewegten Kolben, andererseits zwischen der ortsfesten Dichtung und dem ebenfalls ortsfesten Pumpenkopf.
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Sehr ähnliche Verhältnisse bestehen auch in HPLC-Dosierspritzen, welche das zu analysierende Medium in einer genau definierten Menge bereitstellen. Wenn der Hubraum der Dosierspritze in den Förderweg der Hochdruckpumpe eingebunden wird, muss entsprechend auch der Hubraum der Spritze am Spritzenkolben gut abgedichtet werden, um die hohen Betriebsdrücke von oft mehr als 1500 Bar zu ermöglichen. Für Hochdruckpumpen oder Dosierspritzen in der HPLC-Technik gelten daher bezüglich der Abdichtung vergleichbare Anforderungen.
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Als problematisch hat sich für Dosierspritzen die axiale Beweglichkeit bekannter Dichtungen herausgestellt. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens führt bei nur geringfügig erhöhten Betriebsdrücken zum Wandern der Dichtung. Da es gerade bei Dosierspritzen auf eine sehr genaue Bestimmung des aufgenommenen Volumens ankommt, bewirkt eine auch nur geringfügige Verschiebung der Dichtung eine schlechtere Reproduzierbarkeit der aufzunehmenden Probenmengen.
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Weiterhin besteht das Problem, dass die bekannten Dichtungen dynamische und statische Dichtaufgaben lösen müssen, wofür in der Regel jedoch unterschiedliche Materialeigenschaften gefordert werden. So bestehen bekannte Hochdruckdichtungen üblicherweise aus thermoplastischem Material mit guten Gleiteigenschaften, aber geringer Steifigkeit. Für Hochdruckanwendungen sind dabei Dichtungen mit Dichtlippen bekannt, die den Systemdruck zur Abdichtung mit ausnutzen. Die durch eine Ausnehmung beabstandeten Dichtlippen liegen dabei radial innenseitig an der abzudichtenden Welle bzw. der Kolbenstange an, während die einstückig mit der inneren Dichtlippe verbundene äußere Dichtlippe am Gehäuse anliegt. Der zwischen den Dichtlippen ausgebildete Hohlraum wird mit Systemdruck beaufschlagt, um die innere Dichtlippe radial nach innen zu drängen für eine verbesserte Dichtwirkung (hydraulische Dichtung). Da eine solche Dichtung jedoch für nur knapp über Umgebungsdruck liegende Betriebsdrücke nicht ausreichend funktioniert, werden die Dichtungen häufig vorgespannt.
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Allerdings muss die dynamisch beanspruchte Dichtlippe möglichst gute Gleiteigenschaften haben, wobei ein solches Material für eine eigene Vorspannung oft zu flexibel ist. Deshalb wird in den Hohlraum der Dichtung oft ein metallisches Federelement eingesetzt, um so die Dichtlippen radial auseinander zu drängen gegen das Gehäuse oder die Kolbenstange bzw. Welle. Metalle sind jedoch entlang des Förderweges der Probe in der HPLC-Technologie auf Grund möglicher chemischer Reaktionen mit der Probe unerwünscht. Der Hohlraum für das metallische Vorspannelement ist außerdem ein schlecht zu durchspülender Totraum, in dem sich Rückstände oder Luftblasen einlagern können, was vermieden werden sollte. Generell besteht in der HPLC-Technik ein Trend zur Verkleinerung des durchströmenden Volumens und zu metallfreien Pfaden für eine biokompatible Anwendung. Aber auch nicht-metallische Vorspannelemente, beispielsweise O-Ringe, sind in der Regel nicht gegen alle im Medium zu erwartenden Substanzen chemisch inert. Sie können von diesen angegriffen und zerstört werden, womit die Dichtwirkung nicht mehr gegeben ist.
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Für die reine statische Abdichtung sind gute Gleiteigenschaften des Dichtungsmaterials nicht erforderlich, da die gegeneinander abzudichtenden Komponenten keine Relativbewegung ausführen. Diesen unterschiedlichen Anforderungen an die Dichteigenschaften werden die bisher bekannten einstückigen Dichtungen aus dem Stand der Technik nicht gerecht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Dichtungsmechanismus und ein Verfahren zu seiner Montage anzubieten, mit dem die Anforderungen an statische und dynamische Dichtungsabschnitte gleichermaßen gut erfüllt werden können. Zugleich soll der Dichtungsmechanismus eine ausreichend hohe Stabilität und Lagesicherheit bieten. Auch bioinerte Eigenschaften und die Vermeidung von Toträumen sind erwünscht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Dichtungsmechanismus nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, die Anforderungen einer dynamischen Dichtung getrennt zu betrachten von denjenigen an eine statische Dichtung. Der rein statisch beanspruchte Abschnitt einer Dichtung kann aus einem hochfesten Kunststoffteil wie beispielsweise PEEK gefertigt werden. Zur Erzielung einer statischen Dichtwirkung kann der entsprechende Dichtungsabschnitt unter hohem Druck plastisch verformt werden, um den gesamten ihm zur Verfügung stehenden Raum auszufüllen und sich eng an die abzudichtenden Spalte anzulegen. Unter weiter ansteigendem Druck lässt sich der Dichtabschnitt elastisch komprimieren und gewährt so eine besonders gute Dichtwirkung. Der dynamisch wirkende Dichtungsabschnitt dagegen erfordert keine plastische Verformung; stattdessen kann er so vorgeformt werden, dass er im montierten Zustand mit einer Vorspannung gegen die dynamisch abzudichtende Komponente (hier: Kolbenstange) gedrückt wird, um bereits bei niedrigen Systemdrücken eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen. Auch für diesen Dichtungsabschnitt kommt ein hochfester Kunststoff wie PEEK in Frage unter Verwendung eines Gleitelements, welches unmittelbar an der Kolbenstange anliegt. Trotz ihrer unterschiedlichen Dichtfunktion können beide Dichtungsabschnitte als eine einstückig geformte Dichtung ausgebildet sein, wobei die beiden Dichtungsabschnitte bei der Montage und im Betrieb unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sind. Sie werden erfindungsgemäß räumlich weitgehend voneinander getrennt, wobei sich eine durchgehende Dichtungsoberfläche von der Kolbenstange bis zum Ende eines nur statisch beanspruchten Dichtspalts zwischen der Dichtung und dem Gehäuse erstreckt.
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Das erfindungsgemäße Dichtungssystem ist vorgesehen für Hochdruckanwendungen, insbesondere in der HPLC-Technologie. Dabei soll ein Gehäuse, insbesondere ein Pumpenkopf, mit einem druckbeaufschlagbaren Hubraum gegenüber einer beweglichen und um eine Achse ausgebildeten Kolbenstange abgedichtet werden. Das Dichtungssystem umfasst dabei eine Dichtung mit einem ersten, dynamischen Dichtungsabschnitt zur Abdichtung zwischen der Dichtung und der Kolbenstange. Ein zweiter, statischer Dichtungsabschnitt ist vorgesehen zur Abdichtung zwischen der Dichtung und dem Gehäuse. Die beiden Dichtungsabschnitte sind einstückig miteinander ausgebildet.
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Erfindungsgemäß geht der erste Dichtungsabschnitt über eine durch plastische Verformung hergestellte Materialdünnstelle in den zweiten Dichtungsabschnitt über. Die Materialdünnstelle ist so ausgebildet, dass das Dichtungsmaterial des zweiten Dichtungsabschnitts auch unter hohem Druck nicht durch die Dünnstelle hindurch in Richtung zum ersten Dichtungsabschnitt fließen kann.
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Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der zweite Dichtungsabschnitt mit einer Anpresskraft in den für diesen Abschnitt vorgesehenen Sitz der Dichtung einpressbar ist, welche weitgehend unabhängig von derjenigen Anpresskraft ist, welche auf den ersten Dichtungsabschnitt einwirkt. Mit anderen Worten: Der zweite Dichtungsabschnitt kann unter geeigneten geometrischen und physikalischen Randbedingungen mit einem besonders hohen Druck beaufschlagt werden, der zusätzlich zu einer vorausgehenden plastischen Verformung bis zu einer elastischen Kompression des zweiten Dichtungsabschnitts führt.. Die die beiden Dichtungsabschnitte verbindende Dünnstelle verhindert jedoch, dass das Material des zweiten Dichtungsabschnitts unter dieser Druckbeaufschlagung durch die Dünnstelle hindurch zum ersten Dichtungsabschnitt hin fließt. Der in den zweiten Dichtungsabschnitt eingebrachte Druck kann sich daher nicht durch Fließen des Materials abbauen und wird stattdessen dauerhaft im zweiten Dichtungsabschnitt aufrechterhalten.
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Der Sitz, in den die Dichtung am Gehäuse bzw. Pumpenkopf eingesetzt wird, ist auf die Abmessungen des ersten Dichtungsabschnitts vorzugsweise so abgestimmt, dass eine Druckbeaufschlagung des ersten Dichtungsabschnitts im Rahmen der Montage der Dichtung nicht zu seiner elastischen Kompression führt. Stattdessen vermag der erste Dichtungsabschnitt seiner Druckbeaufschlagung durch plastische Verformung oder Verschiebung nachzugeben, ohne einen dem zweiten Dichtungsabschnitt vergleichbaren inneren Druck aufzubauen. Obwohl die Dichtung vorteilhaft einstückig aufgebaut ist, können die einzelnen, für statische oder dynamische Dichtzwecke vorgesehenen Dichtungsabschnitte daher – anders als im Stand der Technik – gezielt unterschiedlich druckbeaufschlagt oder verformt werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Dichtungsabschnitt mit Ausnahme der Dünnstelle allseitig vom Gehäuse oder dazu separaten Anpresselementen umschließbar, um in diesem Dichtungsabschnitt einen vorgebbaren Druck aufzubauen. Ein solcher, beispielsweise aus PEEK gefertigter Dichtungsabschnitt wird sich bei ausreichend hoher Druckbeaufschlagung plastisch verformen und dabei bestmöglich in bestehende Dichtspalte eindringen und diese zuverlässig verschließen. Um ein ungewolltes Ausweichen des Materials zu verhindern, sind die den zweiten Dichtungsabschnitt begrenzenden Komponenten möglichst eng zueinander beabstandet anzuordnen bzw. einzupassen. Auch die Dünnstelle, welche dann die einzige Materialverbindung des zweiten Dichtungsabschnitts zum ersten Dichtungsabschnitt herstellt, ist ausreichend eng zu dimensionieren, um das mögliche Fließen des Dichtungsmaterials zu verhindern.
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Zweckmäßigerweise hat die Materialdünnstelle eine Dicke von weniger als 0,5 mm. Besonders bevorzugt ist eine Dicke von weniger als 0,1 mm. Höchst vorzugsweise beträgt die Dicke weniger als 0,05 mm, wodurch ein möglicher Materialfluss besonders zuverlässig unterbunden wird. Unter „Dicke“ ist in diesem Fall der kleinste Abstand zweier gegenüberliegender Begrenzungslinien im Querschnitt der Dünnstelle zu verstehen, so dass eine Vergrößerung dieses Abstandes einen Materialfluss durch die Dünnstelle hindurch erleichtern würde.
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Zweckmäßigerweise ist die Materialdünnstelle als im Querschnitt rechteckiger Ring ausgebildet, der die Achse X der Kolbenstange umläuft (die X-Achse liegt dabei in der gedachten Querschnittsebene). Die langen Seiten des Rechteckquerschnitts können sich dabei parallel zur X-Achse erstrecken, so dass sich die Materialverbindung vom zweiten zum ersten Dichtungsabschnitt parallel zur X-Achse erstreckt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht jedoch vor, dass sich die langen Seiten des Rechteckquerschnitts senkrecht zur X-Achse erstrecken, die Materialverbindung zwischen den beiden Dichtungsabschnitten also in radialer Richtung zur X-Achse verläuft. In diesem Fall ist die Dünnstelle besonders einfach durch axiale Beaufschlagung der Dichtung herzustellen, wie nachstehend noch beschrieben wird.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der erste Dichtungsabschnitt im montierten Zustand im Wesentlichen parallel zur X-Achse. Auf seiner der Kolbenstange abgewandten Außenseite ist dabei ein mit dem Hubraum verbundenes, ringspaltförmiges Druckvolumen vorgesehen, um den ersten Dichtungsabschnitt mit dem im Hubraum herrschenden Druck radial nach innen gegen die Kolbenstange drücken zu können. Eine solche hydraulische Dichtung unterstützt diejenige Dichtwirkung des ersten Dichtungsabschnitts, die dieses bereits aufgrund einer bei der Montage eingebrachten Vorspannung gegenüber der Kolbenstange erzeugt. Ein das Druckvolumen ergänzender, den ersten Dichtungsabschnitt außenseitig spiralfömig umlaufender Kanal sichert ein gleichmäßiges Strömungsprofil und das Austragen von Luftblasen in dem Fall, dass entlang des ringförmigen Druckvolumens Medium zum oder vom Hubraum gefördert werden soll.
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Das Verfahren zur Montage des erfindungsgemäßen Dichtungssystems umfasst zunächst die Anordnung der Dichtung in einem Dichtungssitz, der im Gehäuse bzw. Pumpenkopf ausgebildet ist. Anschließend wird die Dichtung in den Dichtungssitz eingepresst, was beispielsweise durch Einschrauben eines Anpresselements in den Pumpenkopf erfolgen kann, wobei das Anpresselement die zunächst noch unverformte Dichtung mit einer Anpresskraft in axialer Richtung beaufschlagt. Das vorzugsweise rotationssymmetrische Anpresselement weist dabei auf seiner der Dichtung zugewandten Stirnseite ein Andruckprofil mit einem ringförmigen Vorsprung auf, welcher sich bei fortgesetztem Einschrauben in die Dichtung eindrückt und das Dichtungsmaterial in diesem Bereich radial so weit plastisch oder elastisch verdrängt, bis eine Materialdünnstelle mit den vorstehend genannten bevorzugten Abmessungen entstanden ist. Das radial nach innen gedrängte Dichtungsmaterial wird damit dem ersten Dichtungsabschnitt zugeführt, während das radial nach außen gedrängte Material in den zweiten Dichtungsabschnitt gedrückt wird.
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Gleichzeitig mit der Ausbildung der Dünnstelle wird der zweite Dichtungsabschnitt nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens so stark vorgespannt, dass er den ihm zur Verfügung stehenden Raum durch plastisches Fließen vollständig ausfüllt. Zugleich ist die Dünnstelle – wie bereits ausgeführt – so bemessen, dass ein Materialfluss in Richtung zum ersten Dichtungsabschnitt hin unterbunden wird. Das auf diese Weise „eingesperrte“ Material des zweiten Dichtungsabschnitts wird dadurch mit großer Kraft eng an den Dichtungssitz bzw. das Gehäuse gepresst und elastisch komprimiert bzw. vorgespannt, wodurch eine besonders gute Abdichtwirkung erzielt werden kann.
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Auch der erste Dichtungsabschnitt kann bei der Verspannung der Dichtung mittels Anpresselement druckbeaufschlagt werden, wobei dieser Dichtungsabschnitt dem Druck durch Verformung in einen dafür im Dichtungssitz vorgegebenen Raum ausweichen kann, so dass eine vollständige elastische Kompression dieses ersten Dichtungsabschnittes nicht erfolgt. Die Verformung kann je nach konstruktiver Gestaltung des Dichtungssitzes bzw. des ersten Dichtungsabschnitts auch dafür genutzt werden, eine zusätzliche radiale Anpresskraft vom ersten Dichtungsabschnitt auf die Kolbenstange zu erzeugen. Während der zweite (statische) Dichtungsabschnitt zur Erzeugung einer Dichtwirkung unter hohem Druck gegen die ihn umgebende Wandung gepresst wird, erreicht der erste Dichtungsabschnitt seine Dichtwirkung einerseits durch eine Vorspannung, die durch seine radiale Aufweitung bei der Montage auf die Kolbenstange entsteht. Dazu kann der erste Dichtungsabschnitt bspw. konisch oder zylindrisch mit Untermaß gegenüber dem Kolben gefertigt sein. Zusätzliche Dichtwirkung entsteht durch eine Druckbeaufschlagung auf der Außenseite des ersten Dichtungsabschnitts mit dem im Hubraum unter Hochdruck anstehenden Medium.
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Obwohl die Materialdünnstelle zweckmäßigerweise bei der Montage der Dichtung erzeugt wird, kann sie grundsätzlich auch schon vorher an der Dichtung vorgesehen sein. Dann ist die Dichtung bereits vor der Montage in den ersten und den zweiten, über die Dünnstelle getrennten Dichtungsabschnitt aufgeteilt. Bei Einspannung einer solchen Dichtung wird die Dünnstelle dann „lediglich“ über ein Anpresselement durch Druckbeaufschlagung in ihrer bereits bestehenden Form stabilisiert, ohne dass eine nennenswerte Materialverschiebung aus dem Bereich der Dünnstelle hinaus erfolgt. Die Druckbeaufschlagung des zweiten Dichtungsabschnittes bis zur elastischen Kompression kann aber dennoch erfolgen und auch der Materialfluss durch die Dünnstelle wird in gewohnter Weise verhindert.
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Denkbar ist es ferner, die zuvor hergestellte Dünnstelle bei der Montage durch anliegende starre Gehäuseabschnitte oder Hilfselemente in ihrer Form zu stabilisieren, ohne dass sie aktiv mittels Anpresselement druckbeaufschlagt werden müsste.
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Da die Dichtung trotz angestrebter hoher Dichtwirkung den relativ zu ihr bewegten Kolben mit möglichst geringen Reibkräften beaufschlagen soll, sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor, dass der erste Dichtungsabschnitt auf seiner der Kolbenstange zugewandten Innenseite mit einem Gleitelement ausgestattet ist, welches gegenüber dem Material des ersten Dichtungsabschnitts günstigere Gleiteigenschaften aufweisen kann. Je nach radialer Wandstärke dieses Gleitelements kann es mit einer in radialer Richtung wirkenden Vorspannung ausgestattet sein, welche auch ohne äußere Druckbeaufschlagung eine gewisse dynamische Dichtwirkung erzeugen kann.
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Denkbar ist auch eine einstückige Dichtung aus einem Material mit gegenüber PEEK verbesserten Gleiteigenschaften (bspw. ein PTFE-Compound), die jedoch ausreichende Steifigkeit für eine radiale Vorspannung des ersten Dichtungsabschnitts besitzt. In diesem Fall kann das separate Gleitelement innenseitig des ersten Dichtungsabschnitts auch entfallen, so dass dieser die Kolbenstange unmittelbar beaufschlagt.
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Durch die einstückige Ausbildung der Dichtung und die feste Einspannung des zweiten Dichtungsabschnitts ist sichergestellt, dass die Dichtung ihre axiale Position zuverlässig beibehält. Auch das Gleitelement kann in seiner axialen Position gesichert werden, indem der erste Dichtungsabschnitt das Gleitelement beispielsweise durch radiale Vorsprünge axial umgreift. Alternativ kann ein Abschnitt des Gleitelements beim Einpressen der Dichtung auch in einen Bereich des ersten Dichtungsabschnitts eingepresst werden, so dass zwischen erstem Dichtungsabschnitt und Gleitelement in axialer Richtung ein Formschluss erzeugt wird.
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Das erfindungsgemäße Dichtsystem kann vorteilhaft aus oder mit bioinerten Materialien hergestellt werden, zu denen insbesondere PEEK oder PTFE gehören.
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Obwohl das vorgenannte Dichtungssystem sich insbesondere für Kolben-Zylinder-Abdichtungen eignet, ist es darauf nicht beschränkt. Da die angestrebte Dichtwirkung grundsätzlich unabhängig von einer Relativbewegung des Kolbens gegenüber der Dichtung erzielt wird, kann die Dichtung auch für rein statische Dichtungsaufgaben eingesetzt werden. Anstelle eines sich hin und her bewegenden Kolbens kann die beschriebene Dichtung auch zur Abdichtung einer rotierenden Welle eingesetzt werden.
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Das erfindungsgemäße Dichtungssystem wurde anhand einer im Hubraum hin und her beweglichen Kolbenstange erläutert, entlang welcher eine Abdichtung erzielt werden soll. Das Dichtungssystem ist allerdings auch für andere Anwendungsfälle geeignet, wie beispielsweise für Wellenabdichtungen, weshalb für eine sich hin und her bewegende Kolbenstange und eine sich rotierend bewegende Welle im erweiterten Sinne jeweils von einer „Stange“ gesprochen werden kann. „Hubraum“ im Sinne dieser Erfindung soll im Hinblick auf eine Wellendichtung daher auch einen mit Druck beaufschlagbaren Raum mit unveränderlichem Volumen umfassen.
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Nachfolgend soll eine Ausführungsform der Erfindung anhand eines Figurenbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen
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1 einen Pumpenkopf mit darin eingesetzter Dichtung vor der Montage, und
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2 die Anordnung gemäß 1 nach Montage der Kolbenstange.
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein als Pumpenkopf ausgeführtes Gehäuse 14, welches im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Achse X ausgebildet ist. Eine Kolbenstange 11 soll im Rahmen der Montage zentrisch entlang der X-Achse in einen Hubraum 40 des Gehäuses eingeschoben und dabei durch ein erfindungsgemäßes Dichtungssystem abgedichtet werden.
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In der vergrößerten Darstellung „Detail Z“ ist das Dichtungssystem 10 vor der Montage der Kolbenstange 11 dargestellt. Dazu gehört eine Dichtung 30, welche einen ersten Dichtungsabschnitt 24 aufweist, der sich im Wesentlichen parallel zur Achse X erstreckt und die später einzuführende Kolbenstange 11 in radialer Richtung nach innen beaufschlagen soll. Der Dichtungsabschnitt 24 kann daher auch als dynamischer Dichtungsabschnitt bezeichnet werden.
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Die Dichtung 30 umfasst weiterhin einen einstückig mit dem Dichtungsabschnitt 24 verbundenen zweiten Dichtungsabschnitt 20. Der Dichtungsabschnitt 20 ist über einen sich radial von der Achse X weg erstreckenden Materialbereich 26 mit dem ersten Dichtungsabschnitt 24 verbunden. Der zweite Dichtungsabschnitt 20 dient der statischen Abdichtung und kann daher auch als statischer Dichtungsabschnitt bezeichnet werden. Die aus dem ersten und zweiten Dichtungsabschnitt 24, 20 gebildete Dichtung 30 dient dazu, den druckbeaufschlagten Hubraum 40 gegenüber der Kolbenstange 11 bzw. dem rückwärtigen Bereich 90 des Pumpenkopfes 14 abzudichten. Über den dynamischen Dichtungsabschnitt 24 soll dabei längs der Kolbenstange 11 abgedichtet werden, während der statische Dichtungsabschnitt 20 die Abdichtung längs des Dichtungssitzes 22 im Gehäuse 14 sicherstellen soll.
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Auf seiner der Achse X zugewandten Innenseite ist der erste Dichtungsabschnitt 24 mit einem Gleitelement 21 ausgestattet, welches über besonders gute Gleiteigenschaften verfügt und daher die Relativbewegung der Kolbenstange 11 gegenüber der Dichtung möglichst reibungsfrei zulässt. Das Gleitelement 21 ist vor der Montage der Kolbenstange 11 leicht konisch oder zylindrisch mit Untermaß ausgebildet, so dass sein kleinster Durchmesser geringer ist als derjenige der Kolbenstange 11. Auch der erste Dichtungsabschnitt 24 zeigt längs der X-Achse eine Verjüngung, die zur Erzeugung einer Vorspannkraft bei der Montage des Kolbens dienen soll.
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2 zeigt die Anordnung gemäß 1 nach Montage der Kolbenstange und Einspannung der Dichtung. Innenseitig des Gleitelements 21 wurde die Kolbenstange 11 in X-Richtung eingeschoben, wodurch sich das zuvor konische oder zylindrisch mit Untermaß gefertigte Gleitelement 21 zu einer Zylinderform entlang der Kolbenwand aufgeweitet hat. Die dadurch in das Gleitelement 21 eingebrachte radiale Vorspannung nach innen erzeugt eine erste Abdichtwirkung, unabhängig von dem im Hubraum 40 herrschenden Betriebsdruck. Auch der Dichtungsabschnitt 24 wurde durch Einschieben der Kolbenstange 11 zu einer im Wesentlichen zylindrischen Form aufgeweitet. Die dadurch im ersten Dichtungsabschnitt 24 erzeugte Vorspannung wirkt radial nach innen auf das Gleitelement 21 bzw. auf die Kolbenstange 11 und erzeugt eine zusätzliche Dichtwirkung.
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Zum Einpressen der Dichtung 30 in ihren Sitz 22 wird ein Anpresselement 25 über geeignete Verschraubungsmittel längs der X-Achse in den Pumpenkopf eingeschraubt, um die Dichtung mit dessen Stirnseite 45 zu beaufschlagen. Die Materialverbindung 26 gemäß 1 zwischen dem ersten Dichtungsabschnitt 24 und dem radial nach außen dazu beabstandeten zweiten Dichtungsabschnitt 20 wird bei der Einspannung der Dichtung von einem ringförmigen Vorsprung 28 des Anpresselements 25 mit einer axialen Druckkraft beaufschlagt. Durch fortgesetztes Einschrauben des Anpresselements 25 in Richtung auf die Dichtung 30 erzeugt einerseits der ringförmige Vorsprung 28 die in 2 dargestellte Materialdünnstelle 26‘ unter Verdrängung des beaufschlagten Dichtungsmaterials radial nach innen zum ersten Dichtungsabschnitt 24 und radial nach außen in den zweiten Dichtungsabschnitt 20. Andererseits wird im Dichtungsabschnitt 20 durch das Anpresselement erfindungsgemäß ein so hoher Druck erzeugt, dass das Material des Dichtungsabschnitts 20 den ihm zur Verfügung stehenden Raum zwischen Gehäuse 14 und Anpresselement 25 vollständig ausfüllt, sich eng an die ihn begrenzenden Wandflächen anschmiegt und elastisch komprimiert wird. Die Dünnstelle 26‘ ist dabei in axialer Richtung so schmal gewählt, dass ein Materialdurchtritt vom Dichtungsabschnitt 20 in Richtung auf den Dichtungsabschnitt 24 unterbunden wird, so dass der Dichtungsabschnitt 20 fortdauernd unter hohem Druck in seinen Sitz eingespannt wird. Dadurch wird eine sehr gute statische Dichtwirkung entlang seines Sitzes im Gehäuse 14 erzielt.
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Innenseitig der Materialdünnstelle 26 wird beim Einpressen der Dichtung auch der erste Dichtungsabschnitt 24 druckbeaufschlagt, wobei dieser der Druckbeaufschlagung durch Verformung nachgeben kann, da er – anders als der statische Dichtungsabschnitt 20 – nicht so eng umschlossen bzw. eingebettet ist.
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Auf der der X-Achse abgewandten Außenseite des ersten Dichtungsabschnitts 24 ist ein schmales Druckvolumen 50 ausgebildet, welches über einen schmalen Spalt zwischen Kolbenstange 11 und Wandung des Hubraumes 40 mit dem Hubraum 40 verbunden ist. Der im Hubraum 40 herrschende Druck wirkt so auch auf der Außenseite des ersten Dichtungsabschnitts 24 und erzeugt eine radial nach innen gerichtete Anpresskraft, die zusätzlich zur bereits genannten Vorspannkraft eine besonders gute Dichtwirkung erzielt.
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Das erfindungsgemäße Dichtungssystem erzeugt eine dynamische Dichtwirkung entlang der Berührung zwischen Kolbenstange 11 und Gleitelement 21 und eine statische Dichtwirkung entlang der Berührungsfläche zwischen zweitem Dichtungsabschnitt 20 und Gehäuse 14, wobei durch die erfindungsgemäße Dünnstelle 26‘ der statische Dichtungsabschnitt 20 mit hohem Druck bis zur elastischen Kompression beaufschlagbar ist, während der dynamische Dichtungsabschnitt 24 formstabil bleibt und durch radiale Vorspannung und/oder Druckbeaufschlagung aus dem Hubraum 40 heraus zur Abdichtung gegen die Kolbenstange 11 gepresst wird.
