DE102008031813B4 - Sealing arrangement with profile seal - Google Patents
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Abstract
Dichtungsanordnung mit einem ruhenden Maschinenteil (2), einem beweglichen Maschinenteil (1) und einer Profildichtung (3, 3'), die als Berührungsdichtung zwischen dem ruhenden Maschinenteil (2) und dem beweglichen Maschinenteil (1) in einem in dem ruhenden Maschinenteil (2) vorgesehenen Einbauraum (5) angeordnet ist,
wobei die Profildichtung (3, 3') hochdruckseitig eine statische Dichtlippe (6) und eine dynamische Dichtlippe (7) aufweist,
wobei die dem beweglichen Maschinenteil (1) zugewandte Anlagefläche (8) der dynamischen Dichtlippe (7) mindestens drei Dichtkanten (9, 10, 11) aufweist,
wobei in drucklosem Zustand mindestens die hochdruckseitig vorderste Dichtkante (9), aber nicht alle Dichtkanten mit dem beweglichen Maschinenteil (1) in Berührung stehen und die weiteren Dichtkanten (10, 11) mit zunehmendem Abstand von der Hochdruckseite (H) einen zunehmenden Abstand von dem beweglichen Maschinenteil (1) aufweisen, und
wobei mit zunehmendem Druck die weiteren Dichtkanten (10, 11) nacheinander mit dem beweglichen Maschinenteil (1) in Berührung kommen.Sealing arrangement with a stationary machine part (2), a movable machine part (1) and a profile seal (3, 3 '), as a contact seal between the stationary machine part (2) and the movable machine part (1) in one in the stationary machine part (2 ) installation space (5) is arranged,
wherein the profile seal (3, 3 ') on the high pressure side has a static sealing lip (6) and a dynamic sealing lip (7),
wherein the movable machine part (1) facing abutment surface (8) of the dynamic sealing lip (7) has at least three sealing edges (9, 10, 11),
wherein in a pressureless state at least the high pressure side foremost sealing edge (9), but not all sealing edges with the movable machine part (1) are in contact and the other sealing edges (10, 11) with increasing distance from the high pressure side (H) an increasing distance from the having movable machine part (1), and
wherein with increasing pressure, the further sealing edges (10, 11) successively come into contact with the movable machine part (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, insbesondere für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen, mit einem ruhenden Maschinenteil, einem beweglichen Maschinenteil und einer Profildichtung, die als Berührungsdichtung zwischen dem ruhenden Maschinenteil und dem beweglichen Maschinenteil in einem in dem ruhenden Maschinenteil vorgesehenen Einbauraum angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Profildichtung für eine solche Dichtungsanordnung.The present invention relates to a sealing arrangement, in particular for hydraulic pistons or piston rods, with a stationary machine part, a movable machine part and a profile seal, which is arranged as a contact seal between the stationary machine part and the movable machine part in an installation space provided in the stationary machine part. The invention further relates to a corresponding profile seal for such a sealing arrangement.
Derartige Dichtungsanordnungen mit Profildichtungen sowie derartige Profildichtungen sind grundsätzlich bekannt und werden in unterschiedlicher Ausgestaltung vielfach eingesetzt.Such sealing arrangements with profile seals and such profile seals are basically known and are widely used in different embodiments.
Soll ein translatorisch bewegliches Maschinenteil, etwa eine Kolbenstange, in einem ruhenden Maschinenteil hydraulisch bewegt werden, so ist es notwendig, die kraftübertragende Hydraulikflüssigkeit, etwa ein Öl, am Austritt zu hindern. Dazu werden grundsätzlich sogenannte Profildichtungen als Kolben- oder Stangendichtungen eingesetzt.If a translationally movable machine part, for example a piston rod, is to be moved hydraulically in a stationary machine part, then it is necessary to prevent the force-transmitting hydraulic fluid, such as an oil, from escaping. For this purpose, basically so-called profile seals are used as piston or rod seals.
Eine solche Profildichtung besteht grundsätzlich im Wesentlichen aus einem Grundkörper mit quaderförmigem Querschnitt und zwei hochdruckseitigen Dichtlippen. Die Profildichtung ist in einer Nut, dem Einbauraum, des ruhenden Maschinenteils angeordnet, wobei die Nut meist einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Aus einem Zwischenraum zwischen beweglichem und ruhendem Maschinenteil kann von der Hochdruckseite her Hydraulikflüssigkeit in den Einbauraum eindringen. Die Profildichtung liegt deshalb zumindest mit seiner radial äußeren (statischen) Dichtlippe am Nutgrund und zumindest mit seiner radial inneren (dynamischen) Dichtlippe am beweglichen Maschinenteil auf, wodurch der Einbauraum unterteilt wird und eine Ausbreitung der Hydraulikflüssigkeit in den niederdruckseitigen Teil des Einbauraums vermieden wird.Such a profile seal basically consists essentially of a base body with a cuboid cross-section and two high-pressure side sealing lips. The profile seal is arranged in a groove, the installation space, the stationary machine part, wherein the groove usually has a rectangular cross-section. From a gap between the moving and stationary machine part can penetrate from the high pressure side hydraulic fluid into the installation space. The profile seal is therefore at least with its radially outer (static) sealing lip on the groove base and at least with its radially inner (dynamic) sealing lip on the movable machine part, whereby the installation space is divided and propagation of the hydraulic fluid is avoided in the low pressure side part of the installation space.
Während einer Druckbeaufschlagung mittels der Hydraulikflüssigkeit erfährt die Profildichtung äußere Kräfte, die sie verstärkt an die Nutwandungen und das bewegliche Maschinenteil presst, wodurch die Dichtwirkung der Profildichtung gesteigert wird.During pressurization by means of the hydraulic fluid, the profile seal undergoes external forces which it presses against the groove walls and the movable machine part, thereby increasing the sealing effect of the profile seal.
In der Regel gleitet die Dichtung hydrodynamisch auf einem Schmierfilm, der sich zwischen dem beweglichen Maschinenteil und der dynamischen Dichtlippe bildet. Zur Begünstigung dieser Schmierfilmbildung sind bspw. Profildichtungen bekannt, deren dem beweglichen Maschinenteil zugewandte Anlagefläche der dynamischen Dichtlippe rilliert ist, bei der die Rillen als Schmierfilmdepots dienen.As a rule, the seal slides hydrodynamically on a lubricating film that forms between the moving machine part and the dynamic sealing lip. To promote this lubricating film formation, for example. Profile gaskets are known, whose movable machine part facing contact surface of the dynamic sealing lip is grooved, in which serve the grooves as a lubricant film depots.
Aus der
Bei den bekannten Dichtungsanordnungen mit Profildichtungen wurde jedoch festgestellt, dass es bei sehr langsamer Bewegung zu einem ruckartigen Bewegungsablauf kommen kann und dass nach längerer Ruhezeit der Schmierfilm zum Teil aus der Kontaktzone der Gleitdichtfläche verdrängt wird, wodurch die effektiven Kontaktflächen und die adhesiven Kräften stark zunehmen können. Zum erneuten Anfahren ist dann ein verhältnismäßig großer Druck erforderlich, der nach dem Losbrechen des beweglichen Maschinenteils zu einer ruckartigen Bewegung desselben führt.In the known sealing arrangements with profile gaskets, however, it has been found that a very slow movement can lead to a jerky movement sequence and that, after a relatively long rest period, the lubricating film is partly displaced from the contact zone of the sliding sealing surface, as a result of which the effective contact surfaces and the adhesive forces can increase sharply , For restarting then a relatively large pressure is required, which leads to the same after the breaking of the movable machine part to a jerky movement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung sowie eine Profildichtung für eine solche Dichtungsanordnung derart weiterzubilden, dass die beschriebenen Probleme hinsichtlich Reibung und Energieeffizienz sowie des ruckartigen Bewegungsablaufs und des verhältnismäßig großen Anfahrdrucks nach längerer Ruhezeit verringert oder gänzlich vermieden werden.The invention has the object of developing a seal assembly and a profile seal for such a seal arrangement such that the problems described in terms of friction and energy efficiency and the jerky movement and the relatively large starting pressure after prolonged rest period are reduced or avoided altogether.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine in Anspruch 1 angegebene Dichtungsanordnung sowie einen in Anspruch 9 angegebenen Profildichtung gelöst, wonach die Profildichtung hochdruckseitig eine statische und eine dynamische Dichtlippe aufweist, die dem beweglichen Maschinenteil zugewandte Anlagefläche der dynamischen Dichtlippe mindestens drei Dichtkanten aufweist, in drucklosem Zustand mindestens die hochdruckseitig vorwärts der Dichtkante, aber nicht alle Dichtkanten mit dem beweglichen Maschinenteil in Berührung stehen und die weiteren Dichtkanten mit zunehmendem Abstand von der Hochdruckseite einen zunehmenden Abstand von dem beweglichen Maschinenteil aufweisen, und mit zunehmendem Druck die weiteren Dichtkanten nacheinander mit dem beweglichen Maschinenteil in Berührung kommen.This object is achieved by a specified in
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The problem underlying the invention is completely solved in this way.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die geschilderten Probleme bei den bekannten Dichtungsanordnungen aufgrund einer zu hohen Gleit- und Haftreibung auftreten, da bei den bekannten Dichtungsanordnungen grundsätzlich die dynamische Dichtlippe im (drucklosen) Einbauzustand bereits nahezu vollständig bzw. ganzflächig, zumindest jedoch großflächig, an dem beweglichen Maschinenteil anliegt. Ein solches vollständiges bzw. vollflächiges Anliegen bereits im drucklosen Zustand ist jedoch für eine gute Dichtwirkung gar nicht erforderlich. Es reicht vielmehr aus, wenn die dynamische Dichtlippe im drucklosen Zustand zumindest an einem Punkt an dem beweglichen Maschinenteil anliegt und erst mit zunehmendem Druck die Berührungsfläche zwischen der dynamischen Dichtlippe und dem beweglichen Maschinenteil vergrößert wird. Erfindungsgemäß wird dies durch eine Profildichtung erzielt, der druckaktivierte, kaskadierte dynamische Dichtkanten an der dem beweglichen Maschinenteil zugewandten Anlagefläche der dynamische Dichtlippe aufweist, die erst nacheinander mit zunehmendem Druck an dem beweglichen Maschinenteil anliegen.The invention is based on the finding that the problems described occur in the known sealing arrangements due to excessive sliding and static friction, since in the known sealing arrangements basically the dynamic sealing lip in the (pressureless) installation state already almost completely or over the entire surface, but at least over a large area, rests against the movable machine part. However, such a complete or full-surface concerns already in the unpressurized state is not necessary for a good sealing effect. Rather, it is sufficient if the dynamic sealing lip rests against the movable machine part at least at one point in the depressurized state, and the contact surface between the dynamic sealing lip and the movable machine part is increased only with increasing pressure. According to the invention, this is achieved by a profile seal which has pressure-activated, cascaded dynamic sealing edges on the contact surface of the dynamic sealing lip facing the movable machine part, which abut one after the other with increasing pressure on the movable machine part.
Die Ausgestaltung kann bspw. so gewählt sein, dass in drucklosem Zustand nur eine einzige Dichtkante (die hochdruckseitig vorderste Dichtkante) an dem beweglichen Maschinenteil anliegt und bei zunehmendem Druck immer mehr der dahinter liegenden weiteren Druckkanten durch Verformung der Profildichtung an das bewegliche Maschinenteil herangedrückt werden, bis bei einem über einer Schwelle liegenden Druck alle Dichtkanten an dem beweglichen Maschinenteil anliegen. Es werden also quasi durch den zunehmenden Druck immer mehr Dichtkanten „hinzugeschaltet”, so dass bei zunehmendem Druck auch die Dichtwirkung ansteigt, da sich die Schleppleckage reduziert.The configuration may, for example, be selected such that in a pressureless state only a single sealing edge (the high pressure side foremost sealing edge) rests against the movable machine part and, as the pressure increases, more and more of the underlying further pressure edges are pressed against the movable machine part by deformation of the profile seal. until at a pressure above a threshold all sealing edges abut the movable machine part. Thus, more and more sealing edges are "added" by the increasing pressure, so that as the pressure increases, so does the sealing effect, since the drag lugage is reduced.
Bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ist somit die insbesondere beim Anfahren der Maschine wirkende Haftreibung geringer als bei den bekannten Dichtungsanordnungen, da der Schmierfilm nicht so stark aus der Kontaktzone der Gleitdichtfläche verdrängt wird. Dies basiert auf der Größe der Kontaktfläche und des radialen Spannungsverlaufs in der Kontaktzone. Ferner ist auch die im Betrieb der Maschine wirkende Gleitreibung geringer als bei bekannten Dichtungsanordnungen, da insgesamt (jedenfalls unterhalb des genannten Schwelldrucks) die Berührungsfläche zwischen dynamischer Dichtlippe und beweglichem Maschinenteil geringer ist.In the case of the sealing arrangement according to the invention, the static friction acting in particular when the machine starts up is thus lower than in the case of the known sealing arrangements, since the lubricating film is not displaced so much from the contact zone of the sliding sealing surface. This is based on the size of the contact surface and the radial voltage profile in the contact zone. Furthermore, the sliding friction acting during operation of the machine is lower than in known sealing arrangements, since the contact surface between the dynamic sealing lip and the movable machine part is lower overall (in any case below said threshold pressure).
Die Anzahl der Dichtkanten hängt von dem konkreten Anwendungsbereich, den Dimensionen, den auftretenden Drücken und dergleichen ab. Eine gute Funktionsweise wird ab drei Dichtkanten erreicht. Grundsätzlich lässt die Erfindung jedoch auch den Einsatz von nur zwei Dichtkanten zu. In einer praktischen Ausgestaltung weist die dynamische Dichtlippe genau drei Dichtkanten auf.The number of sealing edges depends on the specific application, the dimensions, the pressures occurring and the like. Good functionality is achieved from three sealing edges. In principle, however, the invention also allows the use of only two sealing edges. In a practical embodiment, the dynamic sealing lip has exactly three sealing edges.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Dichtkanten in drucklosem Zustand im Wesentlichen entlang einer schräg zur Außenseite des beweglichen Maschinenteils verlaufenden Dichtkantenlinie angeordnet sind. Der Abstand der Dichtkanten von der Außenseite des beweglichen Maschinenteils (in drucklosem Zustand) nimmt somit im Wesentlichen linear zu, so dass auch die der hochdruckseitig vordersten Dichtkante nachfolgenden Dichtkanten schrittweise mit zunehmendem Druck sich an das bewegliche Maschinenteil anlegen. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Dichtkantenabstände von der Außenseite des beweglichen Maschinenteils nicht in linearem Zusammenhang stehen.In a preferred embodiment, it is provided that the sealing edges are arranged in a depressurized state substantially along a sealing edge line extending obliquely to the outside of the movable machine part. The distance between the sealing edges of the outside of the movable machine part (in a depressurized state) thus increases substantially linearly, so that even the sealing edges following the high pressure side foremost sealing edge create gradually with increasing pressure on the moving machine part. In principle, however, it is also possible that the sealing edge distances from the outside of the movable machine part are not linearly related.
Ferner ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass im drucklosen Zustand der Winkel zwischen der Dichtkantenlinie und der ihr zugewandten Außenseite des beweglichen Maschinenteils im Bereich zwischen 5° und 60°, insbesondere im Bereich zwischen 5° und 30°, liegt.Furthermore, it is provided in one embodiment that in the pressureless state, the angle between the sealing edge line and the outer side facing the movable machine part in the range between 5 ° and 60 °, in particular in the range between 5 ° and 30 °.
Zur Verbesserung der Schmierfilmbildung ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die Dichtkanten derart ausgebildet sind, dass zwischen zwei benachbarten, bei zunehmendem Druck an das bewegliche Maschinenteil anliegenden Dichtkanten eine Schmierfilmtasche gebildet ist.In order to improve the formation of lubricating film, it is further preferably provided that the sealing edges are formed in such a way that a lubricant film pocket is formed between two adjacent sealing edges which bear against the movable machine part with increasing pressure.
In weiteren Unteransprüchen sind bevorzugte Winkelangaben für die Winkel, unter denen die Dichtkanten hochdruckseitig bzw. niederdruckseitig zu der zugewandten Außenseite des beweglichen Maschinenteils verlaufen und die die Dichtkante selbst bildet, angegeben. Diese Winkel hängen stark von der gewünschten Funktion, insbesondere der Dichtungswirkung und dem gewünschten Rückförderverhalten, der Dichtung ab und können von Dichtung zu Dichtung unterschiedlich ausfallen. Auch die einzelnen Dichtkanten einer Profildichtung können unterschiedliche Winkel aufweisen. Die Winkel der jeweiligen Dichtkanten werden insbesondere im Hinblick auf die Steuerung der Schleppleckage bzw. des Rückfördervermögens ausgewählt. Dies wird über die radiale Spannungsverteilung in der Kontaktzone gesteuert.In further sub-claims preferred angle data for the angles at which the sealing edges on the high pressure side or low pressure side to the facing outside of the movable machine part and which forms the sealing edge itself, indicated. These angles depend strongly on the desired function, in particular the sealing effect and the desired return behavior, of the seal and can vary from seal to seal. The individual sealing edges of a profile seal can also have different angles. The angles of the respective sealing edges are selected in particular with regard to the control of the towed lug or the return capacity. This is controlled by the radial stress distribution in the contact zone.
Grundsätzlich kann die Profildichtung unterschiedlich ausgestaltet sein. Bevorzugt ist die Profildichtung als Nutring oder Kompaktdichtung ausgestaltet.In principle, the profile seal can be designed differently. Preferably, the profile seal is designed as a grooved ring or compact seal.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further advantages will become apparent from the description and the accompanying drawings. It is understood that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beispielhaft erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Show it:
Die Profildichtung
Auf der gegenüberliegenden Seite der Profildichtung
Niederdruckseitig (Niederdruckseite N, in der Figur links) bei Atmosphärendruck liegt die Profildichtung
Wird aus dem gezeigten Ruhezustand die Maschine angefahren, indem das bewegliche Maschinenteil
Dies hängt auch damit zusammen, dass bei den bekannten Dichtungsanordnungen, bei denen auch bereits im Einbauzustand die dynamische Dichtlippe
Mit zunehmendem Druck verformt sich die Profildichtung
Somit steigt also mit zunehmendem Druck die Dichtungswirkung der Profildichtung
Insgesamt weist somit die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung eine höhere Energieeffizienz aufgrund der Ausgestaltung der Profildichtung mit druckaktivierten, kaskadierten dynamischen Dichtkanten auf, die – verglichen mit bekannten Dichtungsanordnungen mit vergleichbaren Dichtungen, insbesondere Nutringen – eine verminderte Haft- und Gleitreibung aufweist.Overall, therefore, the seal assembly according to the invention has a higher energy efficiency due to the design of the profile seal with pressure-activated, cascaded dynamic sealing edges, which - compared with known seal assemblies with comparable seals, in particular Nutringen - has a reduced static and sliding friction.
Diese Winkelbereiche gelten grundsätzlich auch für die Winkel an den anderen Dichtkanten
Wie sich aus
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist. Zahlreiche Varianten sind denkbar, insbesondere in Bezug auf die Anzahl, Anordnung und Ausgestaltung der Dichtlippen und Dichtkanten.It is understood that the invention is not limited to the embodiments shown. Numerous variants are conceivable, in particular with regard to the number, arrangement and design of the sealing lips and sealing edges.
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