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Elastischer Dichtungsring für gegeneinander bewegliche Teile
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B.dichtung in einer Richtung verwendet werden, wobei die Gefahr hinzukommt, dass seine durch den Über- druck aufgespreizten Lippen gestaucht und beschädigt werden.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, einen Ring von rundem Querschnitt zwischen zwei gegeneinan- der bewegliche Teile dichtend einzuspannen, wobei in der Achsrichtung dieses Ringes ein Spiel vorge- sehen ist. Diese Art der Abdichtung erfordert eine sehr genaue und damit teuere Herstellung der für die
Aufnahme des Ringes in dem einen Teil vorgesehenen Nut sowie auch der Oberfläche des andern Teiles und schliesslich des Ringes selbst, damit dessen Abnützung und die Reibungswerte in erträglichen Grenzen bleiben.
Eine Anordnung des Dichtringes mit rundem Querschnitt in der Weise, dass der Ring an seinem Um- fang mit einer gewissen Vorspannung nur an dem einen der zueinander abzudichtenden Teile gehalten wird, während er gegenüber dem andern Teil sowie in axialer Richtung Spiel aufweist, schafft zwar ver- besserte Reibungsverhältnisse, jedoch ist eine solche Ausbildung zur Abdichtung gegenüber einem lang- sam sich aufbauenden Druck nicht geeignet, weil der Ring zunächst zur Anlage an einem Gegenlager ge- bracht werden muss und er bis dahin keine Dichtwirkung ausübt.
Einen Fortschritt gegenüber diesen Dichtungen stellen bekannte Dichtungsringe dar, bei welchen der abzudichtende Überdruck dazu ausgenutzt wird, den Ringumfang an eine Gegenfläche zu pressen, so dass die dichtende Anpressung des Ringes immer nur so stark ist, als für die Abdichtung notwendig, womit bei diesen bekannten Dichtungsringen der Reibungswiderstand in jedem Fall auf eine Mindesthöhe beschränkt bleibt. Zur Erzielung dieser abdichtenden Unterstützungswirkung bedurfte es bisher jedoch verhältnismä- ssig komplizierter Mittel, wie mehrerer Leitungsverbindungen, Rückschlagventile sowie Dichtungen von verwickelter Querschnittsform oder Hintereinanderschaltung mehrerer Dichtungen.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen elastischen Dichtungsring zu schaffen, der eben- falls von der die dichtende Anpressung unterstützenden Wirkung des Überdruckes eines abzudichtenden
Mediums Gebrauch macht, bei welchem aber zur Erzielung dieser Wirkung die bisherigen komplizierten und zusätzlichen Mittel nicht mehr erforderlich sind, sondern die erstrebte Wirkung allein durch die
Querschnittsform eines Dichtungsringes und die ihm zugestandene Bewegungsfreiheit erzielt wird.
Diese Aufgabe wird bei einem elastischen Dichtungsring, welcher mit seinem äusseren oder inneren
Umfang an einem von zwei gegeneinander beweglichen Teilen dichtend in radialer Richtung zur Anlage kommt und bei dem der Überdruck des abzudichtenden Mediums zur Erzielung der Dichtwirkung ausge- nützt wird, dadurch gelöst, dass derselbe durch mindestens eine in seiner Umfangsrichtung verlaufende und nach der dem jeweils abdichtenden Umfang entgegengesetzten Seite hin offene Nut in miteinander verbundene Abschnitte unterteilt ist, deren beide äusserste mit Vorspannung an seitlichen Begrenzungs- wänden einer zur Aufnahme des Dichtungsringes in dem andem der gegeneinander beweglichen Teile vorgesehenen Ausnehmung anliegen, so dass die vom Überdruck des abzudichtenden Mediums beauf- schlagten Abschnitte, als Rückschlagklappen wirkend,
Medium in den oder die Räume zwischen dem Bo- den der Ausnehmung und den dieselbe begrenzenden Flächen des Ringes gelangen lassen.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in schematischer Weise dargestellt.
In Fig. 1 ist ein teilweise dargestellter, geschnittener Kolbenteller z. B. eines Bremszylinderkolbens einer Druckluftbremseinrichtung für Schienenfahrzeuge mit 1 bezeichnet, welcher von einer Kolbenstange 3 getragen ist. Dieser Kolbenteller besitzt an seinem Umfang eine Ausnehmung 5, die durch einen Mittelsteg 7 in zwei Räume 9 und 11 unterteilt ist. In die Ausnehmung 5 ist ein elastischer Dichtungsring 13 von annähernd rundem Querschnitt eingesetzt, dessen Nut 15 den Mittelsteg 7 umgreift. Der Ring 13 liegt mit wulstartigen Ansätzen 17 und 19 mit einer geringen Vorspannung an den Wänden der Kammern 9 und 11 an und ausserdem berührt er mit seinem Umfang bei 21 die Innenwand 23 eines im übrigen nicht gezeigten Bremszylinders.
Zwei z. B. aus'Kunststoff bestehende Ringe 25 und 27, welche in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise in die Räume 9 und 11 der Ausnehmung 5 des Kolbentellers 1 eingelegt sind, tragen zur Fixierung des Dichtungsringes 13 bei. Diese eine zusätzliche Hilfe darstellenden Ringe sind jedoch für die Funktion der erfindungsgemässen Dichtung nicht unbedingt notwendig und können daher auch weggelassen werden.
Im nicht beaufschlagten Zustand des Kolbens 1 nimmt der Dichtungsring 13 die aus Fig. 1 ersichtliche Lage ein, wobei er mit seinen Wülsten 17, 19 sowie bei 21 mit geringer Vorspannung an Gegenflächen anliegt. Zur Durchführung einer Druckluftbremsung baut sich, in der geforderten Weise ansteigend, ein Überdruck in der in Fig. 1 eingezeichneten Pfeilrichtung wirkend auf. Solange dieser Überdruck die Vorspannung des Ringes 13 nicht überwindet, behält derselbe seine in Fig. 1 gezeigte Form und Lage bei, wobei er an seinen verschiedenen Anlagestellen abdichtet.
Mit Überwinden der Vorspannung jedoch wird, wie Fig. 2 zeigt, der in den Raum 9 hineinragende Abschnitt des Ringes 13 bzw. dessen Wulst 19 von der Gegenfläche klappenartig abgehoben, so dass die Druckluft nun über die Kammer 9 und den Zwischenraum zwischen Steg 7 und Nut 15 in den Raum 11 gelangt, wobei der in-diesem Raum befindliche Ringabschnitt als Rückschlagklappe wirkt. Der im Raum 11 sich aufbauende Überdruck staucht den Ring in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise und erhöht die Anpressung des Wulstes 19 sowie vor allem des Ringabschnittes 21 entsprechend dem ansteigenden Überdruck der Luft.
Der Abstand der Wülste'17, 19 von der Zylinderfläche 23 sowie Tiefe und Form der Nut 15 sind solche, dass unter dem ansteigenden Überdruck der Luft auf jeden Fall zuerst ein Abklappen des Wulstes 17 von der Gegenfläche und damit eine die Anpressung des Ringes an die Fläche 23 unterstützende Beaufschlagung erfolgt, ehe es zu einem Abheben des Abschnittes 21 von der Fläche 23 kommen kann. Bei der in Fig. 2 gezeigten Druckbeaufschlagung verhindert der Ring 27 ein Hineinquellen des Dichtringes 13 in die Fuge zwischen dem Kolbenteller 1 und der Zylinderwand 23, während der für die entgegengesetzte Richtung des Überdruckes vorgesehene Ring 25 in diesem Fall wirkungslos bleibt.
Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, wird die zunächst nur sehr kleine Andrückung des Ringes 13 an die Unterlage 23 durch den sich aufbauenden Überdruck jeweils nur in einem der Höhe dieses Überdruckes entsprechenden Masse verstärkt. Damit bleiben die Reibungsverluste auf ein Minimum beschränkt.
Der Steg 7, welcher eine zusätzliche Haltekraft auf den Dichtungsring 13 ausübt, erfüllt noch die weitere Aufgabe, dass sich bei etwaigen Ungenauigkeiten in Form und Einbau der Kolbenteller mittels dieses Steges in der Nut 15 abstützt und es somit nicht zu einer metallischen Berührung zwischen ihm und der Zylinderwand 23 kommen kann.
Der Dichtungsring 13 kann auch mit glatter Oberfläche ohne die Wülste 17, 19 ausgebildet werden.
Die Anlage an den beiden Seitenwänden bleibt grundsätzlich die gleiche.
Die beschriebene Wirkungsweise des Dichtungsringes 13 gilt auch für zweiseitige Druckbeaufschlagung des Kolbens l, wobei der aus der Differenz der Drücke sich ergebende Überdruck in einer der Kam- mern 9,11 die unterstützende Kraft auf den Dichtungsring 13 ausübt.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei welchem der Dichtungsring 13 in einer im feststehenden Teil 29 vorgesehenen, wiederum einen Steg 31 enthaltenden Nut 33 gelagert ist und mit seinem Umfangsabschnitt 21 an dem, gegenüber dem Teil 29 relativ bewegten Teil 35 dichtend anliegt. Die Wirkungsweise des Dichtungsringes ist die gleiche wie bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, so dass sie nicht noch einmal beschrieben zu werden braucht.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem in die durch den Steg 7 in die beiden Räume 9 und 11 unterteilte Ausnehmung des Kolbentellers 1 ein elastischer Dichtungsring 37 von etwa dreieckigem Querschnitt eingesetzt ist, welcher mit seiner Kante 39 abdichtend auf der Fläche 23 liegt.
Der Ring 37 ist in gleicher Weise wie der Ring gemäss Fig. 1 und 2 mit einer Nut 41 über den Steg 7 ge- stülpt. Die beiden Kanten 43 und 45 ersetzen in diesem Fall die Wülste 17 und 19 des Ausführungsbeispieles gemäss Fig. 1 und 2.
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Unter der Wirkung eines sich aufbauenden Überdruckes kommt es auch bei diesem Ausführungsbeispiel zu einem Abklappen einer der Kanten 43 oder 45 mit den weiteren, bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschriebenen Folgen.
Der Dichtring mit dreieckigem Querschnitt ist insbesondere für kleinere Überdrücke geeignet, gewährleistet aber auch hier kleinste Reibungswerte.
Eine Ausführungsform eines Dichtungsringes, mit welcher ebenfalls diese kleinen Reibungswerte erreichbar sind, der sich jedoch infolge seiner Formgebung auch für grössere Druckdifferenzen eignet, ist in Fig. 5 gezeigt. Dieser Ring 47 besitzt den aus der Zeichnung ersichtlichen Querschnitt und legt sich mit seinen Wülsten 49, 51, sowie seiner Kante 53 dichtend an die Gegenflächen der Ausnehmung 5 bzw. an die Gegenfläche 23 an. Der Steg 7 des Kolbentellers 1 ragt dabei wiederum in eine Nut 55.
Unter Beaufschlagung mit Überdruck vollziehen sich wiederum die im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschriebenen Vorgänge, wobei die Stellung der dem Überdruck ausgesetzten Flächen des Ringes 47 dafür sorgt, dass es auch bei grossen Druckdifferenzen nicht zu einer Trennung von Steg 7 und Ringnut 55 und einer unzulässigen Verlagerung des Dichtungsringes kommt.
Der Dichtungsring 57 mit einer Nut 61 gemäss Fig. 6 unterscheidet sich von den vorhergehenden Beispielen bei gleicher Wirkungsweise wiederum durch eine andere Form seines Querschnittes. An Stelle von Wülsten besitzt derselbe Lippen 58 und 59 zur dichtenden Anlage an den Wänden der Räume 9 und 11 im Kolbenteller 1.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei der Kolbenteller 1 zwar die Ausnehmung 5 zur Aufnahme eines Dichtungsringes, jedoch keinen diese Ausnehmung unterteilenden Steg aufweist. In die Ausnehmung 5 ist ein elastischer Dichtungsring 63 eingelegt, welcher mit seinen beiden Lippen 65 und 67 an denSeitenwänden der Ausnehmung 5 mit leichter Vorspannung anliegt. Unter einem auf einer Seite des Kolbentellers 1 sich einstellenden Überdruck strömt Druckluft über die abklappende Lippe 65 oder 67 in den Raum 69 der Ausnehmung 5 und übt dort eine die Anpressung des Ringes 63 an die Fläche 23 und damit dessen Dichtwirkung erhöhende Kraft auf denselben aus.
Der Dichtungsring 63 ist ebenfalls sowohl für ein-als auch zweiseitige Beaufschlagung des Kolbens geeignet, bei fehlendem Steg in der Ausnehmung 5 ist er jedoch insbesondere für kleinere Überdrücke, wie sie z. B. bei Vakuum-Anlagen vorkommen, bestimmt.
Schliesslich ist in Fig. 8 noch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gezeigt, wobei die Beaufschlagung des Kolbens 71 immer nur auf der gleichen, durch Pfeilrichtung gekennzeichneten Seite erfolgen soll. Wie die Zeichnung erkennen lässt, ist in diesem Fall die zur Aufnahme des Dichtungsringes 13 (welcher gleicher Form wie derjenige nach den Fig. 1 und 2 ist) vorgesehene Ausnehmung im Kolben 71 so gestaltet, dass nur eine durch einen Steg 73 begrenzte Kammer 75 vorhanden ist, in welche ein Abschnitt des Dichtungsringes hineinragt. Dieser Raum 75 ist über einen Kanal 77 mit dem unter Überdruck zu setzenden Raum vor dem Kolben 71 verbunden. Der Steg 73 greift in die Nut 15 des Dichtungsringes 13 ein.
Bei Druckbeaufschlagung des Kolbens 71 in Pfeilrichtung strömt Druckluft über den Kanal 77 in den Raum 75 und verursacht dort eine stauchende Wirkung auf den dort befindlichen, zusammen mit dem Steg 73 als Rückschlagventil wirkenden Abschnitt des Dichtungsringes 13, wobei die Anpressdrücke des Wulstes 19 und des Umfangsabschnittes 21 erhöht werden. Auch in diesem Fall entspricht der dichtende Anpressdruck der Höhe des Überdruckes der Druckluft, so dass der Reibungswiderstand bei Gewährung ausreichender Dichtheit klein bleibt.
In Befolgung der erfinderischen Lehre können die Querschnittsform eines Dichtungsringes, sowie die Grösse seiner druckluftbeaufschlagten Flächen und deren gegenseitige Lage, wie auch Form und Tiefe der an ihm vorgesehenen Nut so gestaltet werden, dass ausreichende Dichtheit mit einem Minimum an Reibungsverlust erzielt wird.
Die Erfindung wurde an Hand von verschieden gestalteten Dichtungsringen für Kolben von Druckluftbremseinrichtungen erläutert. Sie ist jedoch nicht auf Dichtungen dieses Anwendungsgebietes beschränkt.
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