DE10054637C1

DE10054637C1 - Kolben oder Stangendichtung

Info

Publication number: DE10054637C1
Application number: DE10054637A
Authority: DE
Inventors: Otmar Braun; Edgar Freitag
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2020-11-04

Abstract

Kolben- oder Stangendichtung, umfassend einen Gleitring (1), der in einer in Richtung des relativ bewegten Maschinenelements (2) offenen Nut (3) angeordnet ist, wobei der Gleitring (1) durch einen auf dem Nutgrund (4) der Nut (3) abgestützten Anpressring (5) aus gummielastischem Werkstoff an das relativ bewegte Maschinenelement (2) angepresst ist, wobei der Gleitring (1) axial beiderseits durch Stirnseiten (6, 7) begrenzt ist, wobei jede der Stirnseiten (6, 7) zumindest eine sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Radialnut (8, 9) aufweist und wobei auf jeder Stirnseite (6, 7) eine umfangsseitig umlaufende und in sich geschlossene, die jeweilige Radialnut (8, 9) durchschneidende Ringnut (10, 11) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben- oder Stangendichtung.

Stand der Technik

Kolben- oder Stangendichtungen sind allgemein bekannt, beispielsweise aus der DE 39 40 324 A1. Die vorbekannte Kolben- oder Stangendichtung umfasst einen Gleitring, der in einer in Richtung des relativ bewegten Maschinenelements offenen Nut angeordnet ist, wobei der Gleitring durch einen auf dem Nutgrund der Nut angestützten Anpressring aus gummielastischem Werkstoff an das relativ bewegte Maschinenelement angepresst ist. Der Anpressring ist durch einen O-Ring gebildet, der Gleitring besteht z. B. aus Polyurethan.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben- oder Stangendichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sie, abhängig von der Richtung der Druckbeaufschlagung, innerhalb der Nut in axialer Richtung hin- und herbewegbar ist, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich die Dichtung in radialer Richtung verformt, was zu einem unerwünschten Überströmen am Gleitring vorbei in Richtung des Raums mit vergleichsweisem geringerem Druck führen würde.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist eine Kolben- oder Stangendichtung vorgesehen, umfassend einen Gleitring, der in einer in Richtung des relativ bewegten Maschinenelements offenen Nut angeordnet ist, wobei der Gleitring durch einen auf dem Nutgrund der Nut abgestützten Anpressring aus gummielastischem Werkstoff an das relativ bewegte Maschinenelement angepresst ist, wobei der Gleitring axial beiderseits durch Stirnseiten begrenzt ist, wobei jede der Stirnseiten zumindest eine sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Radialnut aufweist und wobei auf jeder Stirnseite eine umfangsseitig umlaufende und in sich geschlossene, die jeweilige Radialnut durchschneidende Ringnut angeordnet ist.

Zur Funktion der Kolben- oder Stangendichtung wird folgendes ausgeführt:
Bei einer einseitigen Druckbeaufschlagung der Kolben- oder Stangendichtung wird diese innerhalb ihres Einbauraums in axialer Richtung an die axiale Begrenzungswand der Nut angelegt, die dem Raum mit dem vergleichsweise geringeren Druck zugewandt ist. Bei einer Druckumkehr liegt der vergleichsweise höhere Druck in der zumindest einen Radialnut sowie der mit der Radialnut strömungsleitend verbundenen Radialnut der entsprechenden Stirnseite an. Dadurch, dass die Radialnut umfangsseitig umlaufend und in sich geschlossen ausgebildet ist, weist diese eine vergleichsweise große Fläche auf, die mit dem Druck beaufschlagt ist. Durch die große Fläche ergibt sich eine große Kraft zur Verschiebung der Kolben- oder Stangendichtung axial in Richtung des Raums mit dem vergleichsweise geringeren Druck, wobei sich die Kolben- oder Stangendichtung nach ihrer axialen Verschiebung innerhalb des Einbauraums wieder an der axialen Begrenzungswand der Nut anlegt, die dem Raum mit dem vergleichsweise geringeren Druck zugewandt ist. Außerdem ist von Vorteil, dass durch die Ringnut die Gefahr einer radialen Verlagerung des Gleitrings in Richtung des Nutgrunds der Nut und daraus resultierend ein unerwünschtes Überströmen zwischen dem Gleitring und dem relativ bewegten Maschinenelement auf ein Minimum reduziert ist. Die Kreisringfläche der Ringnut, auf die der Druck wirkt, ist so bemessen, dass die Reibkraft, mit dar die Kolben- oder Stangendichtung innerhalb ihres Einbauraums gehalten ist, überwunden wird.

Auf jeder Stirnseite sind bevorzugt zumindest zwei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Radialnuten angeordnet. Bei einer Druckbeaufschlagung einer Stirnseite der Kolben- oder Stangendichtung kann über die zumindest zwei verteilten Radialnuten das Medium in die umfangsseitig umlaufende Ringnut gelangen. Dadurch ergibt sich eine weitgehend gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Kraft, um die Kolben- oder Stangendichtung ohne eine Verkantung innerhalb des Einbauraums in axialer Richtung an die gegenüberliegende axiale Begrenzungswandung der Nut zu verschieben und ein Überströmen zwischen Gleitring und dem relativ bewegten Maschinenelement auf ein Minimum zu reduzieren. Außerdem ist von Vorteil, dass durch die im Vergleich zu nur einer Radialnut größere Fläche die Kolben- oder Stangendichtung sehr feinfühlig auf Druckänderungen reagiert.

Die Radialnuten der einen Stirnseite können den Radialnuten der anderen Stirnseiten auf Lücke zugeordnet sein. Hierbei ist von Vorteil, dass der Gleitring, im Längsschnitt betrachtet, durch die Radialnuten nicht stärker als unbedingt nötig geschwächt wird. Außerdem ist durch die auf Lücke zugeordneten Radialnuten eine Aufstandsfläche auf dem bewegten Maschinenelement sichergestellt, die maximal um die axiale Tiefe nur einer Radialnut reduziert ist. Im Hinblick auf einen geringen Verschleiß und gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer ist eine solche Ausgestaltung von hervorzuhebendem Vorteil.

Die Nuten können, im Längsschnitt der Dichtung betrachtet, im Wesentlichen dreieckig ausgebildet sein, wobei die axiale Breite der Radialnuten auf der dem relativ bewegten Maschinenelement zugewandten Seite größer ist als auf der dem Nutgrund zugewandten Seite. Eine solche Ausgestaltung hat sich besonders dann als vorteilhaft bewährt, wenn der Anpressring im Vergleich zum Gleitring separat erzeugt und durch einen O-Ring gebildet ist. Bei planparallel stirnseitig durchgehenden Nuten besteht die Gefahr, dass der O- Ring bei Druckbeaufschlagung in diese Nuten extrudiert und beschädigt wird. Als Folge kann dann ein Überströmen zwischen Gleitelement und O-Ring erfolgen, wenn die beschädigte Stelle des O-Rings in die Begrenzungsfläche Gleitelement/O-Ring wandert. Für die Funktion des O-Rings ist es erforderlich, dass die Begrenzungsfläche des Gleitrings, die der Anpressring anliegend berührt, frei von Ausnehmungen, also zylinderförmig glatt ausgebildet ist.

Üblicherweise erstrecken sich im Stand der Technik die Radialnuten mit gleichbleibender Tiefe vom bewegten Maschinenelement bis zur Oberfläche, die vom Anpressring anliegend berührt ist. Die druckbeaufschlagbare Fläche, die durch die im Wesentlichen dreieckige Ausgestaltung der Radialnuten, im Längsschnitt betrachtet, im Vergleich zu Radialnuten mit gleichbleibender Nut Tiefe verloren geht, wird durch die umlaufende Ringnut überkompensiert.

Die Radialnuten können, im Längsschnitt der Dichtung betrachtet, einen gerundeten Ringnut-Grund aufweisen, mit einem Radius R, der ≧ der Tiefe a der jeweiligen Ringnut ist, wobei die Breite b der jeweiligen Ringnut in radialer Richtung ≦ dem doppelten Radius R ist. Durch den gerundeten Ringnut-Grund werden auch bei Beaufschlagung des Gleitrings mit hohen Drücken unerwünschte Kerbspannungen sicher vermieden, so dass der Gleitring eine gute Haltbarkeit aufweist. Die Materialbelastung im Bereich der Ringnut durch die Druckbeaufschlagung ist um so geringer, je größer der Radius R ist.

Die Ringnut ist bevorzugt, im Längsschnitt der Dichtung betrachtet, in der halben Dicke des Gleitrings angeordnet. Dadurch, dass der überwiegende Anteil der Kraft bei axialer Verschiebung der Kolben- oder Stangendichtung von der axialen Begrenzungsfläche der Nut in der Ringnut ansetzt, wird eine Verkantung des Gleitrings bei seiner axialen Verschiebung über das bewegte Maschinenelement sicher verhindert. Die Anordnung der Ringnut im Bereich der Stirnseite des Gleitrings kann jedoch variiert und an die Gegebenheiten des Anwendungsfalles angepasst werden. Eine Veränderung des Durchmessers der Ringnut bewirkt gleichzeitig eine Veränderung der Fläche, die druckbeaufschlagbar ist.

Der Anpressring kann als O-Ring ausgebildet sein. Hierbei ist von Vorteil, dass O-Ringe in sehr vielen Abmessungen kostengünstig verfügbar sind.

Der Gleitring kann beispielsweise auch aus PTFE bestehen. Hierbei ist von Vorteil, dass der Gleitring nur durch eine geringe Reibkraft auf dem bewegten Maschinenelement abgestützt ist und dadurch vergleichsweise geringe Druckunterschiede zwischen den abzudichtenden Räumen ausreichen, die Kolben- oder Stangendichtung in axialer Richtung hin und her zu bewegen. Außerdem ist von Vorteil, dass PTFE mit zunehmender Gebrauchsdauer glasiert, anschließend nahezu verschleißfrei über das bewegte Maschinenelement gleitet und die Kolben- oder Stangendichtung dadurch eine sehr lange Haltbarkeit aufweist.

Der Gleitring weist, im Längsschnitt der Dichtung betrachtet, eine axiale Breite auf, die geringer ist als die axiale Breite der Nut. Abhängig von der Richtung der Druckbeaufschlagung wird die Kolben- oder Stangendichtung innerhalb ihres Einbauraums hin- und herbewegt. Sobald sich die Kolben- oder Stangendichtung von der axialen Begrenzungswandung ihres Einbauraums axial gelöst hat, steht als Fläche für den Druck die gesamte radiale Ausdehnung der Kolben- oder Stangendichtung zur Verfügung.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolben- oder Stangendichtung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Kolben- oder Stangendichtung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Kolben- oder Stangendichtung gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 eine Seitenansicht der Kolben- oder Stangendichtung aus Fig. 1 von links.

Ausführung der Erfindung

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Kolben- oder Stangendichtung gezeigt. Die Kolben- oder Stangendichtung umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel einen Gleitring 1 aus Polyurethan, der von einem als Anpressring 5 ausgebildeten O-Ring aus gummielastischem Werkstoff an die Oberfläche des relativ bewegten Maschinenelements 2 angepresst wird. Die Kolben- oder Stangendichtung ist in der Nut 3 angeordnet, die radial in Richtung des Maschinenelements 2 offen ist.

In Fig. 1 ist die Kolben- oder Stangendichtung, in axialer Richtung betrachtet, mittig innerhalb der Nut 3 angeordnet. Die Stirnseiten 6, 7 des Gleitrings 1 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils mit sechs gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilten Radialnuten 8, 9 versehen, die im Längsschnitt betrachtet im Wesentlichen dreieckig ausgebildet sind. Die axiale Breite 12 der Radialnuten 8, 9 ist auf der dem relativ bewegten Maschinenelement 2 zugewandten Seite größer als die axiale Breite 13 auf der dem Nutgrund 5 zugewandten Seite. In diesem Ausführungsbeispiel durchdringen die Radialnuten 8, 9 nicht die Oberfläche 20 des Gleitrings 1, auf der der Anpressring 5 angeordnet ist. In etwa der halben Dicke des Gleitrings 1 sind die Ringnuten 10, 11 angeordnet, die umfangsseitig umlaufend und in sich geschlossen ausgebildet sind. Die Radialnuten 8, 9 durchdringen die Ringnuten 10, 11. Bei wechselseitiger Druckbeaufschlagung aus den gegeneinander abzudichtenden Räumen 18, 19 wird dadurch auch dann eine große Fläche des Gleitrings 1 druckbeaufschlagt, wenn die Kolben- oder Stangendichtung in axialer Richtung an einer der axialen Begrenzungswandungen 20, 21 der Nut 3 anliegt. Dadurch, dass auch in einem solchen Betriebszustand eine vergleichsweise große Fläche für die Druckbeaufschlagung zur Verfügung steht, bewegt sich die Kolben- oder Stangendichtung besonders rasch aus ihrer Ruheposition in Richtung der axiale benachbarten Begrenzungswand 20, 21 der Nut 3, die dem Raum 18, 19 mit dem vergleichsweise geringeren Druck zugewandt ist.

Durch die in radialer Richtung des Gleitrings 1 betrachtete, mittige Anordnung der Ringnuten 10, 11 wird eine Verkantung bei axialer Hin- und Herverlagerung der Kolben- oder Stangendichtung sicher ausgeschlossen.

Um eine unnötige Schwächung des Gleitrings 1 durch Ausnehmungen für die Radialnuten 8, 9 zu vermeiden, sind die Radialnuten 8, 9 der Stirnseiten 6, 7 einander auf Lücke zugeordnet. Die Radialnut 9 in Fig. 1 ist daher durch eine gestrichelte Linie dargestellt.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus der Kolben- oder Stangendichtung aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Die Ringnut 11 weist einen gerundeten Nutgrund 15 auf, mit einem Radius R, der in diesem Ausführungsbeispiel größer als die Tiefe a der Ringnut 11 ist. Die Breite b der Ringnut 11 ist in radialer Richtung kleiner als der doppelte Radius R. Die Abmessungen können jedoch auch derart verändert werden, dass der Radius R der Tief a entspricht und die Breite b dem doppelten Radius R.

Die unsichtbare Kante der Radialnut 9 ist in Fig. 2 wieder gestrichelt gezeigt.

In Fig. 3 ist die Seitenansicht der Kolben- oder Stangendichtung aus Fig. 1 von links gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind auf jeder der Stirnseiten 6, 7 jeweils sechs Radialnuten 8.1, . . ., 8.6; 9,1, . . . 9.6, vorgesehen, wobei die Radialnuten 8, 9 einander auf Lücke zugeordnet sind. Auch in dieser Darstellung ist, ebenso wie in Fig. 1, zu erkennen, dass die Oberfläche 20 von den Radialnuten 8, 9 nicht durchdrungen ist. Eine Extrusion des Anpressrings 5 in die Radialnuten 8, 9 ist dadurch sicher ausgeschlossen.

Claims

1. Kolben- oder Stangendichtung, umfassend einen Gleitring (1), der in einer in Richtung des relativ bewegten Maschinenelements (2) offenen Nut (3) angeordnet ist, wobei der Gleitring (1) durch einen auf dem Nutgrund (4) der Nut (3) abgestützten Anpressring (5) aus gummielastischem Werkstoff an das relativ bewegte Maschinenelement (2) angepresst ist, wobei der Gleitring (1) axial beiderseits durch Stirnseiten (6, 7) begrenzt ist, wobei jede der Stirnseiten (6, 7) zumindest eine sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Radialnut (8, 9) aufweist und wobei auf jeder Stirnseite (6, 7) eine umfangsseitig umlaufende und in sich geschlossene, die jeweilige Radialnut (8, 9) durchschneidende Ringnut (10, 11) angeordnet ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Stirnseite (6, 7) zumindest zwei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Radialnuten (8.1, 8.2, . . . 8.6; 9.1, 9.2, . . . 9.6) angeordnet sind.

3. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialnuten (8.1, 8.2, 8.3) der einen Stirnseite (6) den Radialnuten (9.1, 9.2, 9.3) der anderen Stirnseite (7) auf Lücke zugeordnet sind.

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialnuten (8.1, 8.2, . . . 8.6; 9.1, 9.2, . . . 9.6), im Längsschnitt der Dichtung betrachtet, im Wesentlichen dreieckig ausgebildet sind, wobei die axiale Breite (12, 13) der Radialnuten (8.1, 8.2, . . . 8.6; 9.1, 9.2, . . . 9.6) auf der dem relativ bewegten Maschinenelement (2) zugewandten Seite größer ist als auf der dem Nutgrund (4) zugewandten Seite.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnuten (10, 11), im Längsschnitt der Dichtung betrachtet, einen gerundeten Ringnut-Grund (14, 15) aufweisen, mit einem Radius R, der ≧ der Tiefe a der jeweiligen Ringnut (10, 11) ist und dass die Breite b der jeweiligen Ringnut (10, 11) in radialer Richtung ≦ dem doppelten Radius R ist.

6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnuten (10, 11) im Längsschnitt der Dichtung betrachtet, in der halben Dicke des Gleitrings (1) angeordnet sind.

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressring (5) als O-Ring ausgebildet ist.

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (1) aus Polyurethan besteht.

9. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (1), im Längsschnitt der Dichtung betrachtet, eine axiale Breite (16) aufweist, die geringer ist als die axiale Breite (17) der Nut (3).