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Dokumentenidentifikation DE102007012881A1 26.06.2008
Titel Dichtung mit druckabhängiger Vorspannung
Anmelder ZF Friedrichshafen AG, 88046 Friedrichshafen, DE
Erfinder Wickel, Christian, Dipl.-Ing. (FH), 97792 Riedenberg, DE
DE-Anmeldedatum 17.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007012881
Offenlegungstag 26.06.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.06.2008
IPC-Hauptklasse F16J 15/48(2006.01)A, F, I, 20070317, B, H, DE
Zusammenfassung Dichtung innerhalb einer Dichtungsnut, wobei die Dichtung mindestens eine primäre Dichtfläche und eine gegenüberliegende druckbeaufschlagte Vorspannfläche aufweist, wobei ein momentaner Betriebsdruck über einen Zustromweg auf die Vorspannfläche wirkt und damit eine betriebsdruckabhängige Vorspannkraft auf die primäre Dichtfläche ausübt, und die Dichtung in Abhubrichtung von einer Haltekraft vorgespannt wird und der Betriebsdruck durch eine Vorrangschaltung primär auf die Vorspannfläche wirkt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Dichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 34 18 898 A1 ist eine Dichtungsanordnung bekannt, die aus einem Dichtring und einem Vorspannring innerhalb einer Dichtungsnut besteht. Der Dichtring verfügt außerhalb seiner Dichtkanten über eine Anschlussöffnung in die Dichtungsnut. Der in der Dichtungsnut herrschende Druck wirkt verformend auf den Vorspannring, der infolge den Dichtring stärke auf das abzudichtende Bauteil vorspannt.

In der DE 196 14 385 A1 wird eine einteilige Dichtung beschrieben, die in Richtung der Druckseite über eine Profilierung verfügt, deren schrägverlaufenden Druckflächen eine druckabhängige radiale Vorspannung auf die Dichtflächen ausüben.

Beide Ausführungsvarianten dichten einen Ringspalt zumindest immer mit einer Mindestdichtfunktion ab. Ein vollständiges Abheben der Dichtflächen ist nicht vorgesehen. Dadurch sind die Dichtungen einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt und erzeugen je nach Anwendung eine unerwünschte Reibkraft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Dichtung mit druckabhängiger Vorspannung bereitzustellen, die auch eine vollständige Abhubstellung von dem abzudichtenden Bauteil ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Dichtung in Abhubrichtung von einer Haltekraft vorgespannt wird und der Betriebsdruck durch eine Vorrangschaltung primär auf die Vorspannfläche wirkt.

Insbesondere im drucklosen Zustand sorgt die auf die Dichtung wirkende Haltekraft für eine Abhubstellung der Dichtung zu dem abzudichtenden Bauteil. Sobald eine Dichtwirkung benötigt wird, sorgt die Vorrangschaltung dafür, dass die Dichtung in die Dichtstellung bewegt wird.

Dabei ist vorgesehen, dass die Dichtung einen elastischen Grundkörper umfasst, auf den die sich an Nutseitenwänden abstützende Haltekraft einwirkt. Die Nutseitenwände dienen als Abstützung der Dichtung gegen eine Betriebsbewegung in die Dichtstellung.

Um mit einfachsten Mitteln eine Elastizität in die Dichtung implementieren zu können, wird die Vorspannfläche in Richtung einer Nutseitenwand von mindestens einem Haltesteg der Dichtung begrenzt. Der Haltesteg kann vergleichsweise dünn ausgeführt sein und damit leicht gedehnt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Dichtung zumindest partiell in der Dichtungsnut stoffschlüssig befestigt. Als stoffschlüssige Befestigung ist z. B. eine Vulkanisation oder auch eine Klebeverbindung anzusehen.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch kann die auf die Vorspannfläche wirksame Vorspannkraft größer sein als die von dem Betriebsdruck an dem abzudichtenden Bauteil erzeugte Abhubkraft.

Eine Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorspannfläche von einer vom Betriebsdruck getrennten Druckversorgung vorgespannt wird. Damit lässt sich auch leicht eine Primärschaltung realisieren.

Bei einer besonders einfachen und robusten Variante ist die der abgehobenen Dichtung vorgeschaltenten Drosselöffnung kleiner ist als eine Zuströmöffnung in die Dichtungsnut auf die Vorspannfläche. Man kann z. B. vorsehen, dass der Dichtung ein Führungsband mit einer definierten Drosselstelle zugeordnet ist.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

1 Prinzipdarstellung der Dichtung in der Abhubstellung

2 Prinzipdarstellung der Dichtung mit einer Vorrangschaltung

Die 1 zeigt sehr stark vereinfacht einen Zylinder 1 mit einem Trennkörper 3, wobei der Trennkörper 3 den Zylinder 1 in zwei mit einem Arbeitsmedium gefüllte Arbeitsräume 5; 7 unterteilt. Der Trennkörper kann z. B. als axial beweglicher Kolben ausgeführt sein. In dem Trennkörper 3 ist eine Dichtungsnut 9 ausgeführt, die parallele Nutseitenwände 11; 13 aufweist. Innerhalb der Dichtungsnut ist eine ringförmige Dichtung 15 zwischen den Nutseitenwänden geführt. Die Dichtung umfasst einen Grundkörper 17 und zwei elastische parallele Haltestege 19; 21, die an den Nutseitenwänden 11; 13 anliegen und eine Vorspannfläche 23 begrenzen. Die Vorspannfläche ist in Richtung einer Nutgrundfläche 25 ausgerichtet, so dass die Vorspannfläche 23; die Haltestege 19; 21 und die Nutgrundfläche 25 einen Ringkanal 27 begrenzen.

Die Haltestege üben durch eine axiale Vorspannung oder einer stoffschlüssigen Befestigung, z. B. einer Vulkanisation oder einer Klebung eine Haltekraft in Abhubrichtung auf den Grundkörper aus, wie es in der 1 dargestellt ist, so dass ein geringer Spalt 28 zwischen einer Dichtfläche 29 und der Innenwandung 31 des Zylinders vorliegt. In der Ruhelage des Trennkörpers 3 ist der Betriebsdruck p1 im Arbeitsraum 5 genauso groß wie der Betriebsdruck p2 im Arbeitsraum 7.

Wenn z. B. der Arbeitsraum 5 zum Zweck der Kolbenverschiebung über ein Ventil 33 mit Arbeitsmedium versorgt wird, dann wird auch der Ringkanal 27 über eine Leitung 35 und eine Zuströmöffnung 37 mit Arbeitsmedium mit dem Druck pv beaufschlagt.

In einer Druckversorgungsleitung 39 zum Beispiel in den Arbeitsraum 7 ist eine Drosselstelle 41 angeordnet, so dass der Druck p1 stets kleiner ist als der Druck im Ringkanal 27. Bei angenähert gleich großer druckbeaufschlagten radialen Flächen in der Ringnut und in Richtung der Innenwandung 31 wird die Haltekraft der Haltestege 19; 21 überwunden, die dabei in Richtung der Innenwandung 31 elastisch gedehnt werden, bis die Dichtfläche 29 an der Innenwandung zur Anlage kommt. Bei weiterer Drucksteigerung liegt die Dichtfläche 29 vollflächig an der Innenwandung an, so dass zur Druckkraft im Ringkanal keine vom Arbeitmedium im Spalt 28 erzeugte Gegenkraft wirksam ist. Durch die sinnvolle Dimensionierung der Spaltbreite; Spaltlänge, der Breite der Vorspannfläche 23 und der Größe der Zuströmöffnung 37 wird eine Vorrangschaltung zum Verschluss der Dichtung 15 erreicht.

Die Variante nach 2 zeigt eine im Vergleich zur 1 identische Dichtung 15. Abweichend ist beispielhaft eine durch die Verwendung von zwei Ventilen 33; 43 realisierte Vorrangschaltung dargestellt. Die Versorgungsleitung 35 ist über eine Steuerleitung 45 mit dem Steuerdruckanschluss des Ventils 43 verbunden, das durch eine Rückstellfeder 47 in die Blockierstellung bewegbar ist. Je nach Druckniveau in dem Ringkanal 27 baut sich in der Steuerleitung 45 ein Druck auf, der das Ventil in die Durchlassstellung bewegt. Durch die Verwendung einer Drossel 49 kann das Betriebsverhalten des Ventils 43 noch gezielter abgestimmt werden, wodurch sich eine schwächere Rückstellfeder 47 verwenden lässt. Alternativ oder zusätzlich kann auch in der Druckversorgungsleitung 39 die Drossel 41 verwendet werden, so dass der Betriebsdruck in den Arbeiträumen 5; 7 stets kleiner ist als der Druck im Ringkanal 27, der auf die Vorspannfläche 23 in Schließrichtung wirkt.

Die 3 zeigt eine konstruktive Ausgestaltung der Erfindung der 1, bei der Dichtung 15 eine Bandelement 51 mit einer Drosselöffnung 53, z. B. durch eine gezielte Kerbe oder einer definierten Stoßfuge vorgeschaltet ist. Das Bandelement kann z. B. eine Führungsfunktion für den Trennkörper 3 ausüben.


Anspruch[de]
Dichtung innerhalb einer Dichtungsnut, wobei die Dichtung mindestens eine primäre Dichtfläche und eine gegenüberliegende druckbeaufschlagte Vorspannfläche aufweist, wobei ein momentaner Betriebsdruck über einen Zustromweg auf die Vorspannfläche wirkt und damit eine betriebsdruckabhängige Vorspannkraft auf die primäre Dichtfläche ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (15) in Abhubrichtung von einer Haltekraft vorgespannt wird und der Betriebsdruck (p1; p2) durch eine Vorrangschaltung primär auf die Vorspannfläche (23) wirkt. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (15) ein elastischen Grundkörper (17) umfasst, auf den die sich an Nutseitenwänden (11; 13) abstützende Haltekraft einwirkt. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannfläche (23) in Richtung einer Nutseitenwand (11; 13) von mindestens einem Haltesteg (19; 21) der Dichtung (15) begrenzt wird. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (15) zumindest partiell in der Dichtungsnut (9) stoffschlüssig befestigt ist. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Vorspannfläche (23) wirksame Vorspannkraft größer sein kann als die von dem Betriebsdruck (p1; p2) an dem abzudichtenden Bauteil (31) erzeugte Abhubkraft. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannfläche (23) von einer vom Betriebsdruck (p1) getrennten Druckversorgung (pv) vorgespannt wird Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der abgehobenen Dichtung (15) vorgeschaltenten Drosselöffnung (53) kleiner ist als eine Zuströmöffnung (37) in die Dichtungsnut (9) auf die Vorspannfläche (23).






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