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"Dichtungsanordnung für Kolbenstangen, insbesondere von
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Teleskopschwingungsdämpfern für Kraftfahrzeuge" Die Erfindung bezieht
sich auf eine Dichtungsanordnung für Kolbenstangen, insbesondere von Teleskopschwingungsdämpfern
für Kraftfahrzeuge, zum Abdichten des Austritts einer Kolbenstange aus einem Zylinderdeckel,
der ein mit einem Arbeitsmedium gefülltes Gehäuse eines Dämpfers abschließt, bestehend
aus einem einen Flansch und einen Hals aufweisenden Dichtring aus hartem Kunststoff,
wobei das freie Ende des Halses als Dichtlippe ausgebildet und der Durchmesser der
Dichtlippe im ungespannten Zustand des Dichtringes vorzugsweise größer ist als der
Durchmesser der Kolbenstange, und aus die Dichtlippe an die Kolbenstange pressenden
Gehäuseteilen.
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Die Abdichtung des Austritts von metallischen Kolbenstangen aus einem
Zylinderdeckel erfolgt in der überwiegenden Zahl der Anwendungsfälle mittels Dichtungen
aus Gummi oder anderen gummielastischen Werkstoffen, die eine dem Gehäuseinnern
zugewandte, wegen der großen Elastizität dieser Werksstoffe die Kolbenstange auf
einer verhältnismäßig großen Lange berührende Dichtlippe aufweisen. Der Reibungskoeffizient
von Gummi auf Metall ist groß und die Dichtringe erzeugen, selbst wenn sie geschmiert
sind, große Reibungskräfte, die auch mit einer einen Schmierfilm abschabenden Eigenschaft
zu erklären sind und besonders in den Umkehrpunkten der Kolbenstangenbewegungen
auftreten. Meist ist noch eine zweite, dem Gehäuseinnern abgewandte, als Schmutzabstreifer
dienende Dichtlippe vorhanden, durch die die Reibung noch vermehrt wird. Die hohen
Reibungskräfte der gebräuchlichen Dichtringe wirken sich in nachteiliger Weise komfortvermindernd
für das Fahrverhalten von Kraftfahrzeugen aus.
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Bei der Kombination von dem Gehäuseinnern zugewandten und ihm abgewandten
Dichtringen aus Gummi, zwischen denen eine Dichtungskammer gebildet ist, können
in weiterhin nachteiliger Weise durch elastisches Nachgeben der Dichtringe in den
Umkehrpunkten Pumpeffekte auftreten, die ein unerwünschtes Herauspumpen von Arbeitsmedium
aus dem Gehäuseinnern und ein Hineinpumpen von Luft und Feuchtigkeit in das Gehäuseinnere
hervorrufen.
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Die genannten Nachteile können vermieden werden, wenn Dichtringe aus
harten Kunststoffen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten gegenüber Metall eingesetzt
werden. Hierbei ist es zweckmäßig, die Berührungslänge einer Dichtlippe mit der
Kolbenstange klein auszuführen, um die Reibung noch weiter herabsetzen zu können
und bei einer großen Berührungslänge mögliche Aufklaffeffekte auszuschließen. Wenn
die Dichtlippe im ungespannten Zustand einen kleineren Durchmesser als die Kolbenstange
hat, um die für eine Abdichtung benötigte Vorspannung im eingebauten Zustand erzielen
zu können, muß dafür Sorge getragen werden, daß die empfindliche Dichtlippe während
des Zusammenbaus des Dämpfers nicht beim Aufschieben des Dichtringes auf die Kolbenstange
durch scharfe Randkanten derselben verletzt wird. Die Anwendung besonderer Maßnahmen,
z. B.
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die Vorschaltung konischer Teile beim Aufschieben ist bekannt, kann
aber in nachteiliger Weise eine auch schlecht kontrollierbare Verletzung nicht mit
genügender Sicherheit verhindern.
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Aus der DT-AS 1 076 455 ist eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtring
der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der Durchmesser der Dichtlippe durch
Überschieben eines Schrumpfringes auf einen Durchmesser verringert wird, der kleiner
als der der Kolbenstange ist, so daß dann im eingebauten Zustand die Dichtlippe
die Kolbenstange dichtend umschließt. Bei diesem bekannten Dichtring kann das Überschieben
des Schrumpfringes nicht ohne großen Montageaufwand nach dem Aufschieben des Dichtringes
auf die Kolbenstange erfolgen, so daß der Nachteil einer möglichen Verletzung der
Dichtlippe bestehen bleibt, obwohl die Dichtlippe im ungespannten Zustand einen
größeren Durchmesser als die Kolbenstange hat.
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Es besteht die Aufgabe, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß der Dichtring im ungespannten Zustand auf die Kolbenstange
geschoben werden kann und die Vorspannung der Dichtlippe in eine dichtende Anlage
an die Kolbenstange erst nachträglich mit einfachen Mitteln vorgenommen wird. Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, daß den mit Rückenspiel eingebauten Flansch auf der
dem Hals zugewandten Seite ein Gehäusering in einem inneren Kreis und auf der dem
Hals abgewandten Seite ein Gehäusering in einem äußeren Kreis berühren und die Gehäuseringe
axial gegeneinander verspannt werden, wobei sie auf den Dichtring ein den Flansch
kegelig verformendes Stülpmoment ausüben, durch das der Hals verformt und die Dichtlippe
an die Kolbenstange gepresst wird.
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Bei einer so getroffenen Anordnung können die Gehäuseringe und ein
ungespannter Dichtring bei der Montage des Dämpfers nacheinander lose auf die Kolbenstange
geschoben werden, ohne daß eine Verletzungsgefahr der Dichtlippe besteht, da sie
erst nachträglich durch axiales Verspannen der Gehäuseringe an die Kolbenstange
gepresst wird. Dabei kann das Verspannen zugleich mit den Mitteln erfolgen, die
den Zylinderdeckel mit dem Dämpfergehäuse zusammenhalten. Als Werkstoff für den
Dichtring sind vorzugsweise Polytetrafluoräthylen - mit der technischen Bezeichnung
PTFE - und dessen Mischungen mit Füllstoffanteilen an Bronze, Graphit, Keramik u.
a. geeignet, da PTFE einen besonders niedrigen Reibungskoeffizienten gegenüber Metall,
sowie viskoelastische und Temperatureigenschaften hat, die ein langes Dichtbleiben
des Kolbenstangenaustritts gewährleisten.
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Das auf den Dichtring ausgeübte Stülpmoment kann nach weiteren Merkmalen
der Erfindung durch Anlage des Flansches an kegelig ausgebildeten Gehäuseringen
begrenzt sein oder durch die Gehäuseringe belastende Federkräfte in gewollter Höhe
festgelegt werden, wobei im letzteren Fall beispielsweise bei Abnutzung der Dichtlippe
ein elastisches Nachstellen derselben erfolgt.
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Das Querschnittsprofil des Dichtringes kann von sehr einfacher Form
sein z. B. durch spanabhebende Bearbeitung äußerst präzis hergestellt werden. Die
erfingungsyemäße Anordnung ermöglicht ein Hintereinanderschalten mehrere Dichtringe,
die Ausbildung eines Gehäuseringes als Tellerfeder, die Verwendung eines ebenfalls
stülpbaren Gehauseringes aus hartem Kunststoff, die Ausbildung der Dichtlippe als
im Hals gehaltener Kleinstring oder andere naheliegende Abwandlungen. Der erwähnte
Kleinstring kann aus PTFE, aber auch aus Gummi bestehen und weist in dem Falle nicht
die eingangs genannten Nachteile von Gummidichtringen auf, wenn seine Berührungslänge
mit der Kolbenstange sehr kurz ist und für gute Schmierung gesorgt wird.
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Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung kann sowohl für druckentlastete
wie auch für druckbelastete Dichtringe verwendet werden. Eine Dichtungsanordnung
mit den im Kennzeichen von Anspruch 1 genannten Merkmalen fällt auch dann unter
die Erfindung, wenn der Durchmesser der Dichtlippe im ungespannten Zustand kleiner
ist als der Kolbenstangendurchmesser. Dem im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen
Zustand eines größeren Durchmessers der Dichtlippe ist jedoch der Vorzug zu geben.
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Weitere Einzelheiten sind aus der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Auf der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen auf eine Kolbenstange geschobenen Dichtring
mit einem zylindrischen Hals, Fig. 2 einen Dichtring mit einem verjüngten Hals,
Fig. 3 einen Dichtring mit einem Hals, in den ein Kleinstring eingebettet ist, Fig.
4 eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtring und zwei kegeligen Gehäuseringen,
Fig. 5 eine Dichtungsanordnung mit einem als Tellerfeder ausgebildeten Gehäusering,
Fig. 6 einen Dämpfer im Schnitt mit einer Dichtungsanordnung, die zwei Dichtringe
und drei Gehäuseringe aufweist,
Fig. 7 eine Dichtungsanordnung mit
einem stülpbaren Gehäusering aus einem harten Kunststoff.
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Nach Fig. 1 besteht ein Dichtring 1 aus einem Flansch 2 mit einer
zylindrischen Bohrung 6 und einem Hals 3, wobei die Stirnflächen 4 und 5 des Flansches
2 eben sind und der Hals 3 einen zylindrischen Innenmantel 11 und einen zylindrischen
Außenmantel 7 aufweist. Die freie Stirnfläche 8 des Halses 3 ist kegelig und bildet
mit dem Innenmantel 11 eine Dichtlippe 9, die zum Schutz gegen Beschädigungen etwas
zurückliegt.
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Im übrigen ist das Profil der Dichtlippe 9 so auszubilden und durch
Versuche festzulegen, daß sich ein langes Dichthalten und ein geringer Verschleiß
ergibt. Der Innendurchmesser des Innenmantels 11 ist größer als der Außendurchmesser
einer abzudichtenden Kolbenstange 10, auf die der Dichtring 1 geschoben ist.
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Nach Fig. 2 besteht ein Dichtring 201 aus einem Flansch 202 mit einer
kegeligen Stirnfläche 204 und einem verjüngten Hals 203 mit einem leicht konischen
Innenmantel 211 und einem stärker konischen Außenmantel 207. Das freie Ende des
Halses 203 bildet eine Dichtlippe 209.
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Nach Fig. 3 besteht ein Dichtring 301 aus einem Flansch 302 und einem
zylindrischen Hals 303, in dessen freies Ende ein Kleinstring 312 eingebettet ist
und eine sehr schmale Dichtlippe 309 einer gedachten Dichtungsanordnung bildet.
Der Kleinstring kann - wie im unteren Teilschnitt gezeichnet - nach Art eines Kolbenringes
in einer ihn aufnehmenden Nute 313 Flankenspiel und Rückenspiel oder nur Flankenspiel
aufweisen.
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In diesem Fall ist der Dichtungsring 301 vorzugsweise für eine druckbelastete
Dichtungsanordnung verwendbar, bei der der Druck des Arbeitsmediums den Kleinstring
312 an die linke Flanke der Nut 313 und an eine gedachte Kolbenstange drückt.
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Nach Fig. 4 tritt eine Kolbenstange 410 nach links aus einem Zylinderdeckel
413 aus, der in nicht gezeichneter Weise ein rechts zu denkendes, mit einem Arbeitsmedium
gefülltes Gehäuse abschließt.
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Der Zylinderdeckel 413 weist ein am vorderen Ende mit einem Gewinde
419 versehenes Sackloch 414 auf, in dem, vom Gehäuseinnern aus gesehen, eine Gummischeibe
415, ein erster Gehäusering 416, ein Dichtring 401, ein zweiter Gehäusering 417
und ein Schraubring 418 angeordnet sind. Der Gehäusering 416 ist metallisch und
hat eine rechte Stirnfläche 420, mit der er dichtend an der Gummischeibe 415 anliegt
und eine linke kegelige Stirnfläche 421 mit einer vorstehenden Innenkante 422.
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Der Dichtring 401 besteht aus einem Flansch 402 und einem dem Gehäuseinnern
zugewandten Hals 403 mit einer Dichtlippe 409 und hat im ungespannten Zustand etwa
die Form des Dichtringes 1 nach Fig. 1. Der zweite Gehäusering 417 ist metallisch
und hat eine rechte kegelige Stirnfläche 423 mit einer vorstehenden Außenkante 424
und eine linke ebene Stirnfläche 425, mit der er an dem Schraubring 418 anliegt.
Eine Innenbohrung 426 des Zylinderdeckels 413 dient als Führungslager der Kolbenstange
410.
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Der erste Gehäusering416, der Dichtung 401 und der zweite Gehäusering
417 weisen Rückenspiel gegenüber dem Sackloch 414 auf und sind in radialer Richtung
an die Lage der Kolbenstange 410 anpassbar. Bei der Montage wird die Kolbenstange
410 in die Bohrung 426 gesteckt und danach werden die Gummischeibe 415, der erste
Gehäusering 416, der Dichtring 401 und der zweite Gehäusering 417 lose auf die Kolbenstange
410 geschoben, wobei keine Verletzungsgefahr der Dichtlippe 409 besteht. Anschließend
wird der Schraubring 418 in das Gewinde 419 geschraubt, bis ein harter Widerstand
spürbar ist, wenn die kegeligen Stirnflächen 421 und 423 der Gehäuseringe 416 bzw.
417 - wie gezeichnet - zur satten Anlage an den Flansch 402 gekommen sind.
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Hierbei üben die Innenkante 422 des Gehäuserings 416 und die Außenkante
424 des Gehäuserings 417 auf den Flansch 402 ein ihn verformendes Stülpmoment aus,
durch das der Hals 403 verformt und die Dichtlippe 409 dichtend an die Kolbenstange
410 gepresst wird. Die Berührungslänge der Dichtlippe 409 mit der Kolbenstange 410
ist klein, was einer geringen Reibungskraft dienlich ist.
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Bei einer Dichtungsanordnung nach Fig. 5 sind in einem Sackloch 514
eines Zylinderdeckels 513 ein erster Gehausering 516 aus Metall oder hartem Kunststoff,
ein Dichtring 501 mit einem Flansch 502 und einem Hals 503, eine als zweiter Gehäusering
dienende Tellerfeder 517 und ein Schraubring 518 angeordnet. Eine vorspringende
Kante 522 des Gehäuseringes 516 berührt die dem Hals 503 zugewandte Seite des Flansches
502 in einem inneren Kreis, die Tellerfeder 517 berührt die dem Hals 503 abgewandte
Seite des Flansches 502 in einem äußeren Kreis. Im gezeichneten Zustand der Dichtungsanordnung
übt eine durch ein vorgesehenes Anzugsmoment des Schraubringes 518 bestimmte Vorspannkraft
der Tellerfeder 517 ein definiertes Stülpmoment auf den Flansch 502 aus und presst
eine Dichtlippe 509 dichtend an eine Kolbenstange 510.
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Nach Fig. 6 schließt ein Zylinderdeckel 613 einen mit einem Arbeitsmedium
gefüllten Zylinder 631 mit einem Boden 632 ab, der mittels eines Stiftes 633 an
einer Fahrzeugachse befestigt zu denken ist. Eine an einem Fahrzeugaufbau befestigt
zu den-kende Kolbenstange 610 durchdringt den Zylinderdeckel 613 und trägt an ihrem
inneren Ende einen in dem Zylinder 631 geführten, mit Drosseleinrichtungen 634 versehenen
Arbeitskolben 635, der bei Hin- und Herbewegungen der Kolbenstange 610 Dämpfungskräfte
erzeugt. Der Zylinderdeckel 613 ist mittels eines O-Ringes 638 gegenüber dem Zylinder
631 abgedichtet und zwischen einem Sprengring 636 und einer umgebördelten Schulter
637 des Zylinders 631 fest verspannt. In einem Sackloch 614 des Zylinderdeckels
613 sind hintereinander ein Führungslager 639, eine Gummischeibe 615, ein erster,
einerseits kegeliger Gehäusering 616, ein Dichtring 601 mit einer dem Gehäuseinnern
zugewandten Dichtlippe 609, ein zweiter, beiderseits kegeliger Gehäusering 617,
ein Dichtring 601 a mit einer dem Gehäuseinnern abgewandten Dichtlippe 609 a und
ein dritter, einerseits kegeliger Gehäusering 617 a angeordnet und durch die Schulter
637 verspannt. Das Anpressen der Dichtlippe 609 und 609 a erfolgt analog der im
Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen Weise, wobei der Dichtring 601 a als Schmutzabstreifer
dient.
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Bei der Dichtunosanordnung nach Fig. 7 sind in einer tiYchtungs->
kammer 714 eines Zylinderdeckels 713 hintereinander eine Gummischeibe 715, ein Gehäusering
716 aus Metall, ein Gehäusering 716 a aus hartem Kunststoff, ein Dichtring 701 mit
einem Flansch 702 und einem Hals 703, ein Gehäusering 717 angeordnet und durch eine
doppelte TellerFeder 718 elastisch verspannt, wobei das eine Dichtlippe 709 an eine
Kolbenstange 710 pressende Stülpmoment durch eine Innenkante 724 des Gehäuseringes
716 a und eine Außenkante 726 des Gehäuseringes 717 aufgebracht wird.
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Eine vorspringende Kante 722 des Gehäuseringes 716 berührt eine Stirnfläche
723 des Gehäuseringes 716 a in einem inneren Kreis und die vorspringende Innenkante
724 einer kegeligen Stirnfläche 725 des Gehäuseringes 716 a berührt den Flansch
702 in einem inneren Kreis, während die vorspringende Außenkante 726 des Gehäuseringes
717 den Flansch 702 in einem äußeren Kreis berührt.
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Der Flansch 702 und die Stirnfläche 725 klaffen unter Bildung eines
Spaltes 727 geringfügig auseinander. Sobald die Vorspannkraft der Dichtlippe 709
durch Abnutzung oder auch durch Ermüdung des Halses 703 um einen entsprechenden
Betrag nachläßt, daß der Spalt 727 durch Dehnung der Tellerfeder 718 geschlossen
wird, kommt ein Stülpmoment auf den Gehäusering 716 a zustande, wodurch ein Spalt
728 zwischen dem Hals 703 und einem Innenmantel 729 des Gehäuseringes 716 a geschlossen
wird, der Innenmantel 729 den Hals 703 zusätzlich belastet und die Dichtlippe 709
nachstellt. Durch einen stülpbaren Gehäusering 716 a wird die Dichtungsanordnung
auch dahingehend erweitert, daß Dichtringe aus einem Werkstoff verwendet werden
können, dessen Elastizitätsverhalten nicht ausreicht, um eine genügende Anpresskraft
an eine Kolbenstange zu erzeugen.
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Dichtringe und Gehäuseringe können durch Einbau in ein beispielsweise
als Blechmantel ausgebildetes Dichtungsgehäuse als geschlossene Baugruppe vorgefertigt
werden, die in eine entsprechende Bohrung eines Zylinderdeckels einsetzbar ist,
wobei in bekannter Weise eine querelastische Lagerung durch Hinzufügen eines gummielastischen
Mantels möglich ist. Wenn der Hals eines Dichtringes sehr kurz ausgebildet oder
nicht vorhanden ist, so daß die Dichtlippe am Ende eines stülpbaren Flansches sitzt,
wird der Rahmen der Erfindung nicht verlassen.
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