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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Dichtring.
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Stand der Technik
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Ein Dichtring ist allgemein bekannt und gelangt z. B. in einem Plungerzylinder zur Anwendung, um zwei Druckräume gegeneinander abzudichten. Der Dichtring ist dabei ins sich geschlossen ausgebildet und im Außenumfang eines Kolbens angeordnet, der innerhalb des Gehäuses des Plungerzylinders in axialer Richtung hin und her bewegbar ist. Die Aufgabe des vorbekannten Dichtrings ist es, die beiden Druckräume vollständig und dauerhaft gegeneinander abzudichten. Ein Austausch des abzudichtenden Mediums, das sich innerhalb der beiden Druckräume befindet, zwischen den Druckräumen an dem Dichtring vorbei, soll auf jeden Fall verhindert werden.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieser eine definierte Undichtigkeit aufweist und dadurch ein Überströmen des abzudichtenden Mediums zulässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die auf Anspruch 1 direkt oder indirekt rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Dichtring vorgesehen, der zumindest eine Druckausgleichsöffnung aufweist. Die zumindest eine Druckausgleichsöffnung bildet eine definierte Undichtigkeit des Dichtrings, die dafür sorgt, dass unerwünscht hohe Druckspitzen in den durch den Dichtring gegeneinander abzudichtenden Druckräumen vermieden werden. Würden die Druckspitzen innerhalb der Druckräume nicht abgebaut, könnte es zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Maschinenelements kommen, in dem der Dichtring zur Anwendung gelangt. Der Abbau der Druckspitze erfolgt derart, dass das abzudichtende Medium aus dem Druckraum mit dem relativ höheren Druck durch die zumindest eine Druckausgleichsöffnung hindurch in den Druckraum mit dem vergleichsweise geringeren Druck strömt. Die zumindest eine Druckausgleichsöffnung gewährt dem abzudichtenden Medium dafür einen freien ungehinderten Durchgang. Ein freier ungehinderter Durchgang des abzudichtenden Mediums durch die Druckausgleichsöffnung hindurch, nämlich die definierte Undichtigkeit, ist hier beabsichtigt.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Dichtring zumindest zwei Druckausgleichsöffnungen aufweist. Gelangen mehrere Druckausgleichsöffnungen zur Anwendung, können die Strömungsquerschnitte der einzelnen Druckausgleichsöffnungen entsprechend geringer sein, um gleiche Druckspitzen abbauen zu können.
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Die Druckausgleichsöffnungen können gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein. Die Herstellung des Dichtrings ist dadurch vereinfacht und die Gebrauchseigenschaften des Dichtrings verbessert. Zum Abbau von Druckspitzen wird der Dichtring, in Umfangsrichtung betrachtet, vom abzudichtenden Medium gleichmäßig durchströmt.
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Die Druckausgleichsöffnungen können, im Längsschnitt des Dichtrings betrachtet, radial außenseitig angeordnet und radial nach außen offen ausgebildet sein. Der Dichtring kann, wenn er beispielsweise im Kolben eines Plungerzylinders angeordnet ist, als dynamisch beanspruchte Dichtung ausgebildet sein. Innerhalb der Einbaunut im Kolben dichtet der Dichtring statisch ab, gegenüber der Wandung des Gehäuses dynamisch. Die Druckausgleichsöffnungen befinden sich in dem Bereich des Dichtrings, der dynamisch abdichtet. Die im Längsschnitt betrachtet halbrunde Gestalt der Druckausgleichsöffnungen ist in unterschiedlichsten, an den jeweiligen Anwendungsfall angepassten Abmessungen fertigungstechnisch einfach herstellbar. Der Dichtring ist deshalb kostengünstig herstellbar.
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Die Druckausgleichsöffnungen erstrecken sich in axialer Richtung von einer Stirnseite des Dichtrings zu anderen. Dadurch ist sichergestellt, dass das abzudichtende Medium zum Abbau von Druckspitzen in den Druckräumen ungehindert von dem Druckraum mit dem relativ höheren Druck durch die Druckausgleichsöffnungen hindurch in den Druckraum mit dem relativ niedrigeren Druck strömen kann.
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Der Dichtring kann aus einem gummielastischen Dichtungswerkstoff bestehen. Derartige Dichtungswerkstoffe sind in großer Anzahl für die unterschiedlichsten Anwendungen allgemein bekannt und kostengünstig verfügbar. Auch thermoplastische oder polymere Werkstoffe können, in Abhängigkeit vom Anwendungsfall, zur Anwendung gelangen.
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Der Dichtring kann einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sein. Ein solcher Dichtring ist einfach und kostengünstig herstellbar.
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Davon abweichend besteht die Möglichkeit, dass der Dichtring mehrteilig ausgebildet ist. Ein solcher mehrteiliger Dichtring kann z. B. aus einem statischen Dichtring aus gummielastischem Werkstoff bestehen, der auf der der dynamisch abzudichtenden Fläche radial zugewandten Seite mit einem weiteren Dichtring verbunden ist, wobei dieser weitere Dichtring mit den Druckausgleichsöffnungen versehen ist. Der weitere Dichtring kann dabei z. B. aus einem bezogen auf den gummielastischem Werkstoff des statischen Dichtrings abweichenden gummielastischen Werkstoff oder aus einem thermoplastischen oder polymeren Werkstoff, wie z. B. PTFE, bestehen. Dadurch ist eine besonders gute Anpassung des Dichtrings an den jeweiligen Anwendungsfall möglich.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen Plungerzylinder, umfassend eine Endlagen-Dämpfungseinrichtung und ein Gehäuse, das zwei strömungsleitend miteinander verbundene Druckräume begrenzt, die durch einen ortsfest auf einer Kolbenstange angeordneten Kolben, der in axialer Richtung im Gehäuse hin und her bewegbar ist, voneinander getrennt sind. Der Kolben weist außenumfangsseitig eine radial nach außen offene Einbaunut auf, in der ein Dichtring angeordnet ist.
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Ein solcher Plungerzylinder mit Dichtring ist allgemein bekannt, wobei der Dichtring die beiden Druckräume in jedem Betriebszustand des Plungerzylinders möglichst vollständig gegeneinander abdichtet.
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Als Endlagen-Dämpfungseinrichtung werden bei vorbekannten Plungerzylindern mehrere Drosseln und/oder Ventile verwendet, wobei die Ansteuerung der Drosseln und/oder Ventile mechanisch oder elektronisch erfolgt. Eine derartige Endlagen-Dämpfungseinrichtung ist aufwendig und macht eine kostenintensive und komplexe Konstruktion des Plungerzylinders notwendig. Erfolgt die Steuerung der Endlagen-Dämpfung elektronisch, sind neben Hydraulikleitungen außerdem elektrische Leitungen erforderlich. Durch die Vielzahl der verwendeten Komponenten steigen die Störanfälligkeit und die Kosten an.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plungerzylinder der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieser insgesamt einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine geringe Störanfälligkeit aufweist. Insbesondere soll die Endlagen-Dämpfungseinrichtung einfach und wirkungsvoll sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Plungerzylinder gemäß Anspruch 7 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die auf Anspruch 7 direkt oder indirekt rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Plungerzylinder vorgesehen, umfassend eine Endlagen-Dämpfungseinrichtung und ein Gehäuse, das zwei strömungsleitend miteinander verbundene Druckräume begrenzt, die durch einen ortsfest auf einer Kolbenstange angeordneten Kolben, der in axialer Richtung im Gehäuse hin und her bewegbar ist, voneinander getrennt sind, wobei der Kolben außenumfangsseitig eine radial nach außen offene Einbaunut aufweist, in der ein Dichtring, wie zuvor beschrieben, angeordnet ist. Durch die definierte Undichtigkeit des Dichtrings wird auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise eine wirkungsvolle Endlagen-Dämpfungseinrichtung erreicht. Konstruktiv aufwendiger Drosseln oder Ventile, die mechanisch oder elektronisch steuerbar sind, bedarf es nicht. Steigt der Überdruck in einem der gegeneinander abzudichtenden Druckräume über einen kritischen Schwellenwert, gelangt das abzudichtende Medium von dem Druckraum mit dem relativ höheren Druck durch die Druckausgleichsöffnungen in den Druckraum mit dem relativ niedrigeren Druck.
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Das Gehäuse kann eine Führung für die Kolbenstange aufweisen, wobei die Führung die Kolbenstange anliegend umschließt. Durch die Führung und den Kolben selbst wird der axial hin und her bewegliche Kolben frei von Verkantungen innerhalb des Gehäuses des Plungerzylinders geführt.
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Die strömungsleitende Verbindung zwischen den beiden Druckräumen ist bevorzugt durch einen Verbindungskanal in der Kolbenstange gebildet. Bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens im Gehäuse wird das durch die Bewegung des Kolbens verdrängte Medium durch den Verbindungskanal von dem sich verkleinernden in den sich vergrößernden Druckraum bewegt.
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Der Verbindungskanal kann einen sich radial in den ersten Druckraum erstreckenden ersten Teilkanal umfassen und einen sich axial in den zweiten Druckraum erstreckenden zweiten Teilkanal, die ineinander übergehend ausgebildet sind. Der erste Teilkanal kann radial in der Kolbenstange angeordnet sein und in den zweiten Teilkanal münden. Der zweite Teilkanal kann als Sacklochbohrung ausgebildet und koaxial in der Kolbenstange angeordnet sein. Ein derart gestalteter Verbindungskanal ist einfach und kostengünstig herstellbar.
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Die Endlagen-Dämpfungseinrichtung umfasst den Verbindungskanal und den Dichtring. Der Verbindungskanal und der Dichtring bilden dadurch eine funktionstechnische Einheit.
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Der erste Teilkanal kann kurz vor der Endlage des Kolbens im Gehäuse von der Führung im Wesentlichen vollständig verschlossen sein.
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Bei verschlossenem ersten Teilkanal sind die beiden Druckräume zur Erzielung der Endlagendämpfung nur mittels der zumindest einen Druckausgleichsöffnung des Dichtrings strömungsleitend verbunden.
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Zur Funktion wird folgendes ausgeführt:
Bevor der Kolben innerhalb des Gehäuses in seine Endlage fährt, sind die beiden Druckräume durch den Verbindungskanal strömungsleitend miteinander verbunden. Kurz vor der Endlage des Kolbens im Gehäuse fährt der erste Teilkanal der Kolbenstange in die Führung, wobei dadurch zunächst in verringertem Maße etwas später gar nicht mehr die Möglichkeit besteht, dass das Medium aus dem ersten Druckraum durch den ersten Teilkanal und den zweiten Teilkanal in den zweiten Druckraum gelangt. Dadurch, dass, wie zuvor beschrieben, der Verbindungskanal zur Endlagendämpfung durch die Führung verschlossen ist, kommt es im ersten Druckraum zu einem Druckanstieg. Durch die fortschreitende Bewegung des Kolbens in Richtung seiner Endlage steigt der Druck im ersten Druckraum weiter an. Dieser Druckanstieg erzeugt eine der Bewegung des Kolbens entgegengerichtete Bremskraft. Die Geschwindigkeit des Kolbens in Richtung seiner Endlage wird dadurch verlangsamt. Sobald der Verbindungskanal durch die Führung vollständig verschlossen ist, wird der Druck im ersten Druckraum durch die zumindest eine Druckausgleichsöffnung im Dichtring in den zweiten Druckraum geleitet. Somit wird die Druckspitze im ersten Druckraum abgesenkt. Dies bewirkt, dass der Anstieg der Bremskraft verlangsamt wird. Der Kolben fährt dadurch gedämpft in seine Endlage.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel des beanspruchten Dichtrings und des beanspruchten Plungerzylinders, in den dieser Dichtring eingebaut ist, werden nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert. Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
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1 eine perspektivische Ansicht des Dichtrings,
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2 einen Längsschnitt durch den Dichtring aus 1,
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3 einen Ausschnitt aus dem Dichtring gemäß 1 im Bereich einer Druckausgleichsöffnung in vergrößertem Maßstab,
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4 einen Plungerzylinder, dessen Kolben, ohne dass die Endlagen-Dämpfung bisher eingesetzt hätte, in Richtung seiner Endlage bewegt wird,
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5 den Plungerzylinder aus 4 kurz vor der Endlage des Kolbens im Gehäuse.
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Ausführung der Erfindung
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In 1 ist ein Dichtring gezeigt, der vier Druckausgleichsöffnungen 1, 2, 3, 4 umfasst, die gleichmäßig in Umfangsrichtung 5 verteilt angeordnet sind.
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Der Dichtring ist einstückig und materialeinheitlich ausgebildet und besteht aus einem geeigneten Dichtungswerkstoff.
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Die Druckausgleichsöffnungen 1, 2, 3, 4 sind jeweils, wie auch in den 2 und 3 gezeigt, radial außenseitig angeordnet und radial nach außen offen ausgebildet. Da für die Funktion der Endlagen-Dämpfung, wie später noch erläutert wird, ein Durchtritt des abzudichtenden Mediums durch die Druckausgleichsöffnungen 1, 2, 3, 4 ausdrücklich gewünscht ist, ist der Durchtrittsquerschnitt der Druckausgleichsöffnungen 1, 2, 3, 4 vom abzudichtenden Medium ungehindert durchströmbar.
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Die Druckausgleichsöffnungen 1, 2, 3, 4 erstrecken sich in axialer Richtung 6 von einer Stirnseite 7 des Dichtrings zur anderen Stirnseite 8. Gezeigt ist diese axiale Erstreckung in den 1 und 3.
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In 2 ist ein Längsschnitt durch den Dichtring gemäß 1 gezeigt. Die Druckausgleichsöffnungen 1, 2, 3, 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel einander in einem Winkel von 90° zugeordnet.
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In 3 ist eine der Druckausgleichsöffnungen 1, 2, 3, 4 in einer vergrößerten Darstellung als Ausschnitt gezeigt. Der Durchtrittsquerschnitt durch die Druckausgleichsöffnung 1, 2, 3, 4 in axialer Richtung ist konstant.
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In den 4 und 5 ist ein Ausschnitt aus einem Plungerzylinder gezeigt. Der Plungerzylinder umfasst eine Endlagen-Dämpfungseinrichtung 9, die den Verbindungskanal 17 und den Dichtring umfasst. Das Gehäuse 10 begrenzt zwei strömungsleitend miteinander verbundene Druckräume 11, 12, wobei die beiden Druckräume 11, 12 durch den Verbindungskanal 17 in der Kolbenstange 13 strömungsleitend verbunden sind. Der Verbindungskanal 17 umfasst dabei den ersten Teilkanal 18 und den zweiten Teilkanal 19, die ineinander übergehend ausgebildet sind. Der erste Teilkanal 18 ist radial in der Kolbenstange 13 angeordnet und mündet in den zweiten Teilkanal 19, der koaxial in der Kolbenstange 13 angeordnet und als Sacklochbohrung 20 ausgebildet ist.
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Die Kolbenstange 13 und der Kolben 14 sind einander ortsfest zugeordnet und in axialer Richtung 6 im Gehäuse 10 hin und her bewegbar. Außenumfangsseitig weist der Kolben 14 eine radial nach außen offene Einbaunut 15 auf, in der der Dichtring entsprechend den 1 bis 3 angeordnet ist.
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Bevor der Kolben 14 innerhalb des Gehäuses 10 in seine Endlage fährt, sind die beiden Druckräume 11, 12 durch den Verbindungskanal 17 strömungsleitend miteinander verbunden. Kurz vor der Endlage des Kolbens 14 im Gehäuse 10 fährt der erste Teilkanal 18 der Kolbenstange 13 in die Führung 16, wobei dadurch zunächst in verringertem Maße etwas später fast nicht mehr die Möglichkeit besteht, dass das Medium aus dem ersten Druckraum 11 durch den ersten Teilkanal 18 und den zweiten Teilkanal 19 in den zweiten Druckraum 12 gelangt. Dadurch, dass, wie zuvor beschrieben, der Verbindungskanal 17 zur Endlagendämpfung durch die Führung 16 im Wesentlichen verschlossen ist, kommt es im ersten Druckraum 11 zu einem Druckanstieg. Durch die fortschreitende Bewegung des Kolbens 14 in Richtung seiner Endlage steigt der Druck im ersten Druckraum 11 weiter an. Dieser Druckanstieg erzeugt eine der Bewegung des Kolbens 14 entgegengerichtete Bremskraft. Die Geschwindigkeit des Kolbens 14 in Richtung seiner Endlage wird dadurch verlangsamt. Sobald der Verbindungskanal 17 durch die Führung 16 vollständig verschlossen ist, wird der Druck im ersten Druckraum 11 durch die Druckausgleichsöffnungen 1, 2, 3, 4 im Dichtring in den zweiten Druckraum 12 geleitet. Somit wird die Druckspitze im ersten Druckraum 11 abgesenkt. Dies bewirkt, dass der Anstieg der Bremskraft verlangsamt wird. Der Kolben 14 fährt dadurch gedämpft in seine Endlage.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckausgleichsöffnung
- 2
- Druckausgleichsöffnung
- 3
- Druckausgleichsöffnung
- 4
- Druckausgleichsöffnung
- 5
- Umfangsrichtung
- 6
- axiale Richtung
- 7
- Stirnseite links
- 8
- Stirnseite rechts
- 9
- Endlagen-Dämpfungseinrichtung
- 10
- Gehäuse
- 11
- erster Druckraum
- 12
- zweiter Druckraum
- 13
- Kolbenstange
- 14
- Kolben
- 15
- Einbaunut
- 16
- Führung
- 17
- Verbindungskanal
- 18
- erster Teilkanal in 11
- 19
- zweiter Teilkanal in 12
- 20
- Sacklochbohrung
