DD145187A3

DD145187A3 - Kompaktdichtungssystem

Info

Publication number: DD145187A3
Application number: DD20218677A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Gaebel
Original assignee: Wolfgang Gaebel
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1980-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abdichtsystem für Kolben und Kolbenstangen in hydraulischen Arbeitszylindern. Der Erfindungsgedanke ist anwendbar für einseitig und zweiseitig wirkende Abdichtungen an Arbeitskolben. Dabei sollen nachstehende Aufgaben gelöst v/erden: größere Ausnutzung des Mediendruckes für die Erhöhung der Anpreßkraft an der Dichtkante günstige Beeinflussung des Extrusionsverschleißes Variierung der wirksamen Anpreßkräfte entsprechend den auftretenden Belastungen hinsichtlich des Dicht- und Reibungsverhaltens durch konstruktive Gestaltung.

Description

21

Kompaktdichtungssystem .Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein einseitig oder zweiseitig wirkendes Kompaktdichtungssystem für Kolbenabdichtungen in Hydraulikzylindern für große Druckbereiche, wobei der Erfindungsgedanke auch geeignet ist, bei der Herstellung von Kolbenstangenabdichtungen Berücksichtigung zu finden*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Derartige Abdichtsystenie aus elastischen oder plastischen Materialien sind in einer entsprechend der Dichtung dimensionierten umlaufenden Nut im Arbeitskolben eingebaut, wobei die Diaansionierung des Abdicht systems so ausgelegt ist, daß mindestens die Dichtkante unter Vorspannung an der Zylinderinnenwand anliegt, so daß bereits bei geringer Druckbeaufschlagung die erforderliche Dichtheit von Anfang an gewähr-

leistet ist·

Allgemein sind Kompaktdichtungen so aufgebaut, daß sie aus einen elastischen und/oder gewebeverstärkten und deshalb weniger elastischen Teil sowie zweckmäßigen Stütz- und Pührungcringen aus plastischem und nahezu unelastischem Material bestehen. Derartige Kompaktdichtungen sind hinreichend beschrieben zum Beispiel in der DT-OS 1 600 613 > in der Firnienschrift ¹¹Stefa-Hydrauiik-Dichtungen" der Pa. Stefa Industri Aktiebolag, Landskrona/Schweden, Ausgabe 1976 Seite 46 ff sowie auch im -Firmenkatalog "Standard-Dichtelemente für Hydraulik und Pneumatik" Ausgabe 1978 der Pa. Merkel KG₅ Hamburg/BRD, aber auch in der DDR-Patentanmeldung WF F 163/192 733. Die dem dichtkantenbildenden Material innewohnende und die Rückstellkraft erzeugende Elastizität reicht dabei nicht aus, um. auch bei höheren

20 2186

Drücken die für die gewünschte Dichtheit notwendige Anpressung zu erzeugen. So sind zum Beispiel Nutringe so gestaltet und angeordnet, daß der Mediendruck für die Realisierung höherer radialwirkender Anpreßkräfte ausgenutzt wird. Der Mediendruck bei den bekannten Kompaktdichtsystemen wirkt dagegen auf die Dichtung, also in Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens. Nachteilig ist dabei, daß je nach geometrischer Gestaltung und des verwendeten Materials nur ein Teil der auf die Dichtung wirkenden und durch die Größe des Mediendruckes bestimmten Axialkraft als radiale Anpreßkraft an der Dichtkante wirksam wird. Die für die Erzeugung der radialen Anpreßkraft benötigte Verformungsarbeit entsprechend des Widerstandes des deformierten Dichtsystems stellt letztendlich einen Verlustanteil dar, der insbesonders bei hoher Druckwechselfrequenz zu unerwünschten Temperaturanstieg führen kann.

Als weiterer, nicht zu übersehender Nachteil ist die an der Druckbeaufschlagung angewandten Seite auftretende Spaltextrusion, die je nach Größe des Pührungsspieles zwischen . Arbeitskolben und Zylinderinnenwand insbesondere bei weichen Materialien auftritt. Diese Erscheinung ist auch von anderen Dichtsystemen bekannt, zum. Beispiel bei Rundringen. Die stetigen Materialbquetschungen können bis zur vollständigen Zerstörung des Abdichtsystems führen. Dem kann man entgegenwirken durch die Beiordnung von sogenannten Stützoder Back-up-Ringen, mit denen der vorhandene Spalt je nach Konstruktion und Materialart verkleinert werden soll, erfordert aber einen zusätzlichen Aufwand. Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Kompaktdichtungssystemen besteht darin, daß die Umsetzung des Mediendruckes als Anpreßkraft an. der Dichtkante mi't der Auswahl des verwendeten Materials fest liegt, da vom Prinzip her die konstruktiven Lösungen nicht variiert werden können. Zusammengefaßt sei also festgestellt, daß die bekannten Lösungen für Kompaktdichtsysteme folgende Nachteile aufweisen: -... .·.:

- der- ilediendruclc wird nur ungenügend für die Erhöhung der Anpreßkraft an der Dichtkante wirksam,

- die Gefahr der Zerstörung des Abdichtsystems durch Extrusionsverschleiß und

- die konstruktive Gestaltung laßt keine Variierung der Anpreßkräfte entsprechend der auftretenden Belastungen sowie des gewünschten Dicht- und Reibungsverhaltens zu.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Beseitigung oder Minderung der aufgeführten Mängel bekannter Lösungen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Abdichtsystemi für Kolben- und Kolbenstangenabdichtungen für hydraulische Arbeitszylinder, das

- einen hohen, rait dem Mediendruck anwachsenden Pressungsgradienten ira Bereich der Dichtkanten aufweist,

~ bei allen Betriebsbedingungen einen sicheren Festsitz aufweist, als Voraussetzung für ein gutes Dichtverhalten an der ruhenden Dichtfläche,

- eine flache, konstruktiv beeinflußbare Reibungskraft Betriebsdruck - Charakteristik aufweist,

- eine stabile Funktionstüchtigkeit und Sicherheit gegenüber Zerstörung bei bodenseitigea Druckaufbau aufweist.

Eine Abdichtung, die diese Aufgabenstellung nahezu erfüllt, besteht aus einem gumrnielastischen Ring, dessen Querschnitt eine im wesentlichen rechteckige Form aufweist/ Dieser Ring ist, gemessen über seine Flanken _r größer als die Tiefe der zu dessen Aufnahme im Arbeitskolben oder Zylinderboden eingebrachten Nut. An der der Zylinderinnenwand zugewandten Seite ist dieser Ring mit Erhöhungen üblicher Form, die quasi zusätzlich Dichtkanten bilden, versehen. Im ITutgrund ist ein Hohlraum geschaffen, der längs der l\iut verläuft, aber nicht deren ganze Breite einnimmt und abgestuft werden kann. Dieser !Hohlraum wird gebildet durch eine Ausnehmung in der ,-jeweiligen Nut oder an der der. Dichtkante gegenüber-

20 2186

liegenden Seite des.gummielastisehen Ringes durch eine entsprechende Abstufung. Dieser Hohlraum steht druckseitig mit. dem Zylinderhohlraum durch Kanäle in Verbindung. Der gummielastische Ring befindet sich im eingebauten Zustand unter geringer Vorspannung. Dabei bleibt die Ausnehmung, die den Hohlraum bildet, im Nutgrund ohne Einfluß. Der geforderte ITestsitz des gummielastischen Ringes ist durch das Anliegen an der äußeren Zylinderfläche realisiert.

Die Wirkungsweise des Dichtringes ist derart, daß bei Druckbeaufschlagung durch das Druckmedium dieses Medium über die Kanäle in den Hohlraum am Nutgrund gelangt und der anliegende Mediendruck radial auf die die Dichtkante bildende Kontur des gummielastischen Ringes wirkt. Die entstehenden Anpreßkräfte wirken über die vorhandene Vorspannung hinaus, proportional zum anliegenden Mediendruck. Dadurch ist die erforderliche Dichtheit gegeben.

Die optimale Reibungskraft - Betriebsdruck - Charakteristik wird, v/ie auch im Ausführung sbe is pi el näiier beschrieben, durch die Breite des.sich im Nutgrund befindlichen Hohlraumes konstruktiv eingestellt. Die Wahl eines geeigneten elastischen Werkstoffes kann darüber hinaus diesen Effekt begünstigen. Dabei wirkt sich das günstige Höhe-/Seitenverhaltnis besonders positiv aus, denn es ist nunmehr möglich, den gummielastischen Ring, gemessen von Flanke zu Planke, breiter zu halten als die Höhe als Differenz zwischen Innen- und Außenradius. Die radial wirkenden Kräfte auf das Dichtungsmaterial mindern die Gefahr des Extrusionsverschleißes herab, da das Material so nicht mehr in dem Maße in den Spalt zwischen Kolben -und Zylinderinnenwand gedrängt wird, wie es bei den bekannten Lösungen noch auftritt.

Ausführungsbeispiele

Die.nachstehenden Ausführungsbeispiele sollen dem. Erfindungsgedanken näher erläutern und stellen eine Auswahl geeigneter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtsystems dar.

-5- 2.0 2186

Es zeigen: Fig. 1 bis 3 ein Ausschnitt des erfindungsge- mäßen 'Dichtsystems für die einseitig wirkende Anwendung.

Fig. 4 und 5 desgleichen für zweiseitig wirkende Anwendung.

Ausführungsbeispiel 1

Gemäß Fig. 1 ist ein gumaiielastischer Ring 1 mit der pris-Bienförmig gebildeten Dichtkante 2 in einem Arbeitskolben 3 eingesetzt. Durch eine Ausnehmung 4 über umlaufend angeordnete Kanäle 5 ist es möglich, daß der nicht angedeutete Mediendruck- radial auf die Dichtkante 2 wirken kann. Durch die Ausnehmung 4 sowie die Art des gumm.ielastisch.en Materials des Ringes 1 kann die Umsetzung des Mediendruckes zu . Anpreßkräften an der Dichtkante 2 konstruktiv beeinflußt und für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. Der in den Kanälen.5 gleichermaßen anliegende Druck legt den'gummielastischen Ring 1 als ruhende Abdichtung an die Nutflanke 6 an.

Auaführungsbeispiel 2

Wie in Fig'. 2 dargestellt, wird die Ausnehmung 4 durch eine entsprochende Formgebung des gummielastischen Ringes 1 gebildet. Der theoretische Kippunkt wird dabei durch die konstruktive Gestaltung einer umlaufenden Rille 7 festgelegt, Durch einen Rand 8 wird die Breite des Haftteiles 1o vergrößert. Es ist möglich, den gummielastischen Ring 1 aus Material unterschiedlicher Elastizität und Gleite igenschäften herzustellen, indea der dem Futgrund zugewandte Teil 1.1. aus elastischem Material· mit hohen Haftreibungskoeffizienten und der Teil 1.2. aus einem elastischen Material mit niedrigen Gleitreibungskoeffizienten und guten !Totlaufeigenschaften zum Beispiel Gummigewebewerkstoff besteht,, wie in Fig.3 . dargestellt. "

202186

Ausführungsbeispiel 3

In den Fig. 4 und 5 ist der Erfindungsgedanke in zweiseitig wirkende Dichtsysteme, umgesetzt, die in der Praxis bei Kolbenabdichtungen überwiegend zur Anwendung kommen. Der gummielastische Ring 1 ist dementsprechend mit Dichtkanten 2.1. und 2.2. ausgestattet. Desgleichen sind zwei hohlraumbildende Ausnehmungen 4.1. und 4.2. sowie umlaufend angeordnete Kanäle 5.1 · und. 5· 2. vorhanden. Die hohlraumbildenden Ausnehmungen 4.1. und 4.2. können natürlich auch so gebildet werden, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 5 ist zweckmäßigerweise ein Führungsring 9 als vorteilhafte Lösung in den guaaielastisehen Ring 1 eingelagert. Der in · Fig. 5 angedeutete Ring 11 besteht aus einem möglichst wenig kompressiven Stoff, wie zum Beispiel Schaumgummi und stellt eine weitere Möglichkeit der sinnvollen Anwendung des Erfindungsgedankens dar.

Der Erfindungsgedanke' läßt somit die Realisierung einer optimalen Abdichtung für eine Vielzahl von Anwendungsfällen zu, indem dieser Erfindungsgedanke entsprechend den konkreten Bedingungen variiert werden kann.

Claims

L I O Sr f i ndunp: s ans pruch

1« Kocipaktdichtungssystem für Kolbenabdichtungen in Hydraulikzylindern für große Druckbereiche und ein- oder zweiseitiger Abdichtung, mit einem in einer Hut des Kolbens angeordneten gummielastischen Ring, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einer Hut direkt unterhalb einer Dichtkante (2) eine umlaufende hohlraumbildende Ausnehmung (4) befindet_} die durch Kanäle (5) mit dem Zylinderraum verbunden ist.

2. Kouipaktdichtungssystem nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (4) durch die Gestaltung des Hutgrundes verwirklicht oder im gummielastischen Ring (1) angeordnet ist.

3* Koapaktdichtungssystera nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzseite des gumm.ielastisc.hen Ringes (1) aus einem Elastwerkstoff mit'hohen Haftreibungskoeffizienten ausgeführt ist.

4, Korapaktdichtungssystem nach Punkt 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die hohlraumbildende Ausnehmung (4) mit Ringen (11) aus wenig kompressiblen Stoffen ausgefüllt ist. .