Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 anhand eines Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung;

Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht ein in Einzelteile zerlegtes Dichtungs-Stützringelement;

Fig. 3 das erste Ausführungsbeispiel in einer Schnittansicht;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Stützrings 14 von Fig. 3;

Fig. 5 anhand einer Schnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 anhand einer Schnittansicht ein drittes Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 anhand einer Schnittansicht ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 8 anhand einer Schnittansicht ein fünftes Ausführungsbeispiel, welches in Verbindung mit einem O-Ring verwendet werden kann.

Eine elastomere, mit Druck beaufschlagte Dichtungsanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Dichtungsanordnung 10 weist eine elastomere Dichtung 12, einen ersten Stützring 14 und einen zweiten Stützring 16 auf, die zwei erfindungsgemäße Stützelemente darstellen. Die Dichtungsanordnung dient zum Herbeiführen einer Dichtung zwischen zwei Gegenflächen, wie beispielsweise einer zylindrischen Wand 18 und einer Kolbenwand 20. Die Dichtungsanordnung 10 kann für unterschiedlichste Anwendungen vorgesehen werden, wo eine Dichtung zwischen zwei aneinander angepaßten Oberflächen gewünscht ist. Die Dichtungsanordnung ist insbesondere hervorragend geeignet zur Verwendung bei hohen Umgebungsdrücken, wo Drücke von 225 kg pro cm² und größer vorliegen. Die Dichtungsanordnung ist insbesondere geeignet für die Verwendung in Hochdruckhydraulikanlagen, Höchstvakuum- und Kompressorsystemen und Drucksystemen im allgemeinen, wo stationäre, oszillierende, drehende oder sich hin- und herbewegende Flächen abgedichtet werden müssen.

Die Dichtungsanordnung 10 ist in einer Ausnehmung in Form einer Nut 22 in der Kolbenwand 20 angeordnet. Die Nut 22 weist Seitenwände 24 und 26 sowie einen Boden 28 auf. Die elastomere Dichtung 12 weist ein Dichtungselement in Form einer Dichtungskappe 30 und ein Anpreßelement in Form eines Anpreßrings 32 auf. Die Dichtungskappe 30 hat eine Dichtfläche 34 zur abdichtenden Anlage an der zylindrischen Wand 18. Die Dichtungskappe 30 weist weiterhin eine erste Kante bzw. Seitenfläche 36, eine zweite Kante bzw. Seitenfläche 38 und eine Abstützfläche 40 auf. Die Dichtungskappe 30 ist aus einem bekannten, relativ harten, nicht elastischen Dichtungsmaterial gebildet, wie es allgemein bei elastomeren Dichtungen verwendet wird. Verwendbar sind z. B. Polytetrafluoräthylen (PTFE) und andere Kunststoffe wie Polyether-Etherketon, Poly-(amid-imid), Polyethersulfon und andere Kunststoffmaterialien mit hohem Modul, welche Eigenschaften ähnlich den oben beschriebenen Kunststoffen aufweisen. Ein Problem von PTFE und anderen ähnlichen Dichtungsmaterialien liegt darin, daß sie dazu neigen, unter ständiger Beaufschlagung von hohen Drücken zu fließen, so daß sie demzufolge in Materialaufnehmungsspalte 56 und 70 hineinverformt werden.

Der Anpreßring 32 ist unterhalb der Dichtungskappe 30 in der Nut 22 angeordnet und ist zur Berührung mit der Abstützfläche 40 auf der Dichtungskappe 30 ausgebildet, um die Dichtungskappe 30 unter Vorspannung in dichtende Anlage mit der zylindrischen Wand 18 zu bringen. Der Anpreßring muß nicht im engen Sinn ein einteiliger Ring sein, sondern kann auch anders ausgebildet sein, solange sichergestellt ist, daß er seine Anpreßfunktion erfüllt. Im vorliegendem Ausführungsfall weist der Anpreßring 32 eine erste Kante bzw. Seitenfläche 42, eine zweite Kante bzw. Seitenfläche 44, eine Oberfläche 46 und eine Grundfläche 48 auf. Die Oberfläche 46 des Anpreßringes und die Dichtungskappen-Abstützfläche 40 sind vorzugsweise so ausgestaltet, daß sie eine feste Anlage zwischen der Dichtungskappe 30 und dem Anpreßelement 32 erzeugen. Vorzugsweise wird die besondere Konfiguration der Fig. 3 verwendet; jedoch kann jede andere passende Anpreß-Anordnung solange verwendet werden, wie eine passende Unterstützung für die Dichtungskappe 30 durch den Anpreßring 32 erzeugt wird, um die gewünschte Vorspannung bzw. Anpreßkraft der Dichtungskappe 30 gegen die zylindrische Wand 18 zu erzeugen. Der Anpreßring kann aus jeglichem relativ weichen, elastischen Material gebildet sein, wie es allgemein in elastomeren druckbeaufbeschlagten Dichtungen verwendet wird. Es können natürliche oder synthetische Kautschukmaterialien zusammen mit anderen synthetischen Elastomeren, welche gleiche elastische Eigenschaften wie natürlicher Kautschuk aufweisen, verwendet werden.

Gemäß vorliegender Erfindung ist der erste Stützring 14 in der Nut 22 benachbart zu der Dichtungskappe und den ersten und zweiten Seitenflächen 36 und 42 des Anpreßringes angeordnet. Der zweite Stützring 16 ist in der Nachbarschaft der zweiten Seitenflächen 38 und 44 der Dichtungskappe und des Anpreßringes in der Nut 22 angeordnet. Eine Seitenansicht des ersten Stützrings 14 ist in Fig. 1, und eine auseinandergezogene Darstellung des Stützrings 14 ist in Fig. 2 dargestellt. Der zweite Stützring 16 ist vorzugsweise sowohl in seiner Ausgestaltung als auch in seinem Material identisch zu dem Stützring 14 ausgebildet. Jedoch kann es unter bestimmten Bedingungen, wo unterschiedliche Drücke auf unterschiedlichen Seiten der Dichtungsanordnung herrschen, wünschenswert sein, sowohl die Größe oder Ausgestaltung der beiden Stützringe als auch die Materialien, aus denen sie bestehen, zu verändern. Beispielsweise kann es in bestimmten Anwendungsfällen, bei denen höhere Drücke in der Nachbarschaft des ersten Stützringes 14 herrschen, wünschenswert sein, den Stützring 14 dicker als den Stützring 16 auszubilden. Es kann ebenso gewünscht sein, einen der Stützringe aus einem härteren und langlebigeren Material als den anderen auszubilden. Die nachfolgende Beschreibung des Stützringes kann sowohl für den Stützring 14 als auch den Stützring 16 angewendet werden, obwohl sich die Beschreibung auf den Ring 14 beschränkt. Wie in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellt, weist der Stützring 14 ein Außenteil 50 und ein Innenteil 52 auf. Das Außenteil 50 weist eine Außenfläche 54 auf, welche geeignet ist, die zylindrische Wand 18 zu berühren und eine Verformung der Dichtungskappe 30 in den Verformungsspalt 56 zwischen der zylindrischen Wand 18 und der Kolbenwand 20 hinein (siehe Fig. 3) verhindert. Das Außenteil 50 weist weiterhin eine erste Kante bzw. Seitenfläche 58 und eine zweite Kante bzw. Seitenfläche 60 auf. Das Außenteil 50 weist weiterhin eine konvexe Fläche 62 am inneren Umfang des Außenteils 50 auf, welche für einen Anpreß-Anlage mit der konkaven Außenfläche 64 des inneren Teiles 52 ausgebildet ist. Vorzugsweise weisen die konkaven und konvexen Flächen eine "Chevron"-Form auf, um eine ideale Anpreß-Anlage, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, zu erzeugen.

Das Innenteil 52 weist eine erste Kante bzw. Seitenfläche 66 auf, welche für eine unmittelbare Anlage an die erste Seitenfläche 42 des Anpreßringes geeignet ist. Das Innenteil 52 weist weiterhin eine zweite Kante bzw. Seitenfläche 68 auf, welche für eine unmittelbare Anlage an die Seitenwand 24 der Nut geeignet ist. Wie am deutlichsten in Fig. 3 gezeigt ist, sind das Außenteil 50 und das Innenteil 52 derart ausgebildet, daß das Außenteil 50 in Anlage an die erste Seitenfläche 36 der Dichtungskappe kommt, während das Innenteil 52 in Anlage an die erste Seitenfläche 42 des Anpreßringes kommt. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Außenteil 50 radial dünn genug oder anderweitig so ausgestaltet ist, daß es den Anpreßring 32 nicht berührt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist das Außenteil 50 radial dünner als die Dichtungskappe 30, so daß das Innenteil 52 die Dichtungskappe 30 überlappt und eine Berührung zwischen dem Außenteil und dem Anpreßring verhindert. Ein Abscheuern und Abreiben des relativ weichen Anpreßringes 32 wird dadurch vermieden, daß eine Berührung zwischen dem Außenteil 50 und dem Anpreßring 32 verhindert wird.

Wie nachfolgend beschrieben wird, ist das Außenteil aus einem relativ harten, nicht elastischen Dichtungsmaterial gebildet, welches gegen ein Fließen oder Kriechen bei hohen Drücken, hohen Temperaturen und aggressiven Medien ausreichend widerstandsfähig ist, um eine Verformung der Dichtungskappe 30 in die Materialaufnahmespalte 56 und 70 hinein zu verhindern. Demgegenüber besteht das Innenteil 52 aus einem relativ weichen Kunststoffmaterial, welches genügend weich und biegsam ist, um Abrieb und Abscheuern des Anpreßringes 32 zu verhindern. Dieses besondere Merkmal der vorliegenden Erfindung, nämlich daß der Stützring einen harten äußeren Bereich und einen weichen inneren Bereich aufweist, verhindert vorteilhafterweise eine übergroße Abnutzung, welche auftritt, wenn ein Einzelteil-Stützelement verwendet wird, um eine Verformung der Dichtungskappe in den Spalt 56 oder 70 zu verhindern.

Vorzugsweise besteht das Außenteil 50 aus einem relativ harten, nicht elastischen Dichtungsmaterial, welches einen höheren Elastizitätsmodul aufweist als das Material der Dichtungskappe. Geeignete Kunststoffe, welche für das Außenteil 50 verwendet werden können, sind z. B. Polyimide, wie beispielsweise die unter dem Handelsnamen "Vespel" von E.I. Dupont und die unter dem Handelsnamen "Meldrin" von der Dixon Corporation vertriebenen Produkte. Falls dies gewünscht ist, können die Polyimide mit verschiedenen Fasermaterialien, wie beispielsweise Graphit oder Molybdändisulfid gefüllt sein, um einen erhöhten Widerstand gegen Kriechen und Abnutzung zu erzeugen. Andere synthetische Plaste, welche Eigenschaften ähnlich denen der Polyimide aufweisen, können ebenfalls solange verwendet werden, als sie die Bildung eines geeignet starken Außenteils 50 ermöglichen, welches gegenüber Verformung bei hohen Drücken und hohen Temperaturen widerstandsfähig ist, um dabei eine Verformung der Dichtungskappe 30 in die Spalte 56 und/oder 70 zu vermeiden.

Das Innenteil 52 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, welches weicher ist als das Außenteil 50 und welches ausreichend widerstandsfähig und weich ist, um nicht den Anpreßring 32 ab- oder durchzuscheuern. Das Kunststoffmaterial muß ebenfalls ausreichend widerstandsfähig sein, um eine geeignete Anordnung und Abstützung des Außenteiles 50 unter Berührung der zylindrischen Wand 18 zu ermöglichen, um eine Verformung der Dichtungskappe 30 in die Spalte 56 und 70 zu verhindern. Vorzugsweise wird das Innenteil 52 aus jedem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen, solange es eine ausreichende Unterstützung und Vorspannung des Außenteiles 50 erzeugt, wobei es selbst ausreichend weich ist, um übermäßigen Verschleiß des Anpreßrings 32 zu verhindern. Geeignete Materialien für das Innenteil 52 umfassen zum ersten Mal verarbeitetes PTFE und leicht gefülltes PTFE sowie andere natürliche oder synthetische Materialien, welche ähnliche Eigenschaften aufweisen.

Andere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Stützringe sind in den Fig. 5 bis 8 dargestellt. Der Stützring 80, der in Fig. 6 dargestellt ist, weist ein Außenteil 82 und ein Innenteil 84 auf. Das Außenteil 82 weist eine abgeschrägte Gegenfläche 86 zur Anlage an eine entsprechend abgeschrägte Gegenflächenfläche 88 am Innenteil 84 auf. Der Stützring 80 weist eine erste Seite 90 auf, welche für eine unmittelbare Anlage an die Dichtungskappe und den elastomeren Anpreßring geeignet ist. Der Stützring 80 weist ebenfalls eine zweite Seitenfläche 92 auf, die für eine Anlage an die Seitenwand der Nut, in der die Dichtung gelagert ist, ausgebildet ist. Ein wichtiges Merkmal in dem Aufbau des Stützrings 80 ist, daß das Außenteil 82 radial ausreichend dünn ist, so daß die Spitze 94, mit der es das Innenteil 84 trifft, in der Nähe der Dichtungskappe angeordnet ist, um dadurch eine Berührung des Außenteils 82 mit dem elastomeren Anpreßring zu verhindern.

In einer dritten Ausführungsform ist ein Stützring 100 in Fig. 5 dargestellt, welcher ebenfalls ein Außenteil 102 und ein Innenteil 104 aufweist. Das Außenteil 102 weist eine flache Anliegefläche 106 auf, welche auf der flachen Stützfläche 108 sitzt, die sich am Innenteil 104 befindet. Hierbei ist es wichtig, daß das Außenteil 102 radial dünn genug ist, so daß eine Kante 110, mit der das Außenteil 102 das Innenteil 104 berührt, in der Nähe der Dichtungskappe 30 angeordnet ist. Der Stützring 100 kann also so angeordnet werden, daß entweder die Seitenfläche 112 oder die Seitenfläche 114 in Berührung mit der Dichtungsanordnung steht.

Der in einer vierten Ausführungsform in Fig. 7 dargestellte Stützring 120 weist ein Außenteil 122 und ein Innenteil 124 auf. Das Außenteil 122 weist eine innere konvexe Fläche 126 auf, welche in Anlage mit und durch eine konkave Fläche 128 des Innenteils 124 abgestützt wird. Der Stützring 120 kann in Anlage an die Dichtungsanordnung so angeordnet werden, daß entweder die Seitenfläche 130 oder die Seitenfläche 132 an der Dichtungsanordnung anliegt. Zusätzlich, wie bereits oben erwähnt, muß die Kante 134, an der das Außenteil 122 entlang der Seitenflächen 130 oder 132 zu liegen kommt, in Nachbarschaft zu der Dichtungskappe angeordnet sein, um eine Berührung des Außenteils 122 mit dem Anpreßring zu verhindern.

Eine in Fig. 8 gezeigte fünfte Ausführungsform weist einen Stützring 140 auf, welcher ein Außenteil 142 und ein Innenteil 144 aufweist. Das Innenteil 144 weist einen Umfangskanal 146 auf, der in dem Außenteil 142 gelagert ist. Diese spezielle Ausführung wird dort bevorzugt, wo daß Außenteil 142 den Zylinder oder andere zu dichtende Flächen berührt, da das Außenteil 142 vollständig von dem weicheren Innenteil 144 bis auf die Fläche 148 umgeben ist. Die Ausbildung gemäß Fig. 8 ist insbesondere deshalb bevorzugt, weil jegliche Möglichkeit einer Berührung zwischen dem Außenteil 142 und dem Anpreßring vermieden wird. Der in Fig. 8 dargestellte Stützring kann so angeordnet werden, daß entweder die Seitenfläche 150 oder die Seitenfläche 152 am elastomeren Anpreßring anliegt. Die alternativen Stützringausführungen gemäß den Fig. 5 bis 8 sind aus denselben Materialien gebildet, wie sie für die Außenteile und Innenteile der Stützringe gemäß den Fig. 1 bis 4 verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in den oben genannten dargelegten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise ist eine Dichtungsanordnung möglich, welche einen einzigen Stützring verwendet; ferner können einstückige oder geteilte Ringe verwendet werden, wobei der einstückige Ring in einer gespaltenen Stopfbüchse angeordnet ist.