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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Stangendichtung, umfassend einen Profilring aus einem Dichtungswerkstoff mit zumindest einer dynamisch beanspruchten ersten Dichtlippe und ein radiales Vorspannelement, das auf der der ersten Dichtlippe radial abgewandten Seite des Profilrings angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Eine solche Stangendichtung ist bekannt, zum Beispiel aus dem „Katalog Dichtungen für Fluidtechnik 2007“ der Merkel Freudenberg Fluidtechnik GmbH. Die vorbekannte Stangendichtung hat den Namen „Omegat OMS-MR“ und ist zweiteilig ausgebildet.
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Das eine Teil ist durch einen Profilring aus einem PTFE-Werkstoff gebildet, das andere Teil ist ein radiales Vorspannelement für den Profilring, wobei dieses radiale Vorspannelement durch einen O-Ring aus einem gummieelastischen Werkstoff gebildet ist.
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Die vorbekannte, als zweiteiliger Dichtsatz ausgebildete Stangendichtung hat den Vorteil einer sehr hohen Druckstandsfestigkeit, einer guten Wärmeleitfähigkeit, einer sehr guten Extrusionsfestigkeit, einer hohen Abriebfestigkeit und einer geringen Reibung, um einen stick-slip-freien Betrieb der Stangendichtung zu gewährleisten.
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Die vorbekannte Stangendichtung findet in Flurförderfahrzeugen, Handhabungsgeräten, Landmaschinen, LKW-Ladekranen, Spritzgießmaschinen, Pressen, Schiffshydraulik, Steuer- und Regelgeräten und in Walzwerken Verwendung.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Stangendichtung der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, dass diese weiterhin gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweist, außerdem einfach und kostengünstig herstellbar ist und dass die Montage der Stangendichtung vereinfacht und die Gefahr von Montagefehlern auf ein Minimum reduziert ist.
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Außerdem soll die Stangendichtung zur Abdichtung von Großzylindern zur Anwendung gelangen können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 16 gelöst.
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Auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Stangendichtung nehmen die auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Zu Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, dass das radiale Vorspannelement einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich mit dem Profilring ausgebildet ist.
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Durch die Einstückigkeit der Stangendichtung kann die Stangendichtung einfach und kostengünstig hergestellt werden, die Montage ist besonders einfach und die Gefahr von Montagefehlern ist auf ein Minimum reduziert.
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Durch die Einstückigkeit der Stangendichtung ist das radiale Vorspannelement dem Profilring außerdem ortsfest zugeordnet; unerwünschte, reibungsbehaftete Relativbewegungen zwischen dem Profilring und dem radialen Vorspannelement sind ausgeschlossen.
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Das radiale Vorspannelement kann als sich in radialer Richtung erstreckende Rippe ausgebildet sein, wobei die Rippe, weiter bevorzugt und im Querschnitt betrachtet, im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet ist. Ein derart ausgebildetes, radiales Vorspannelement ist wesentlich kleiner, als zum Beispiel der O-Ring aus dem eingangs genannten Stand der Technik. Der Materialbedarf zur Herstellung der Stangendichtung ist deshalb besonders gering, ebenso wie die Kosten zur Herstellung.
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Darüber hinaus ist ein derart ausgebildetes radiales Vorspannelement besonders einfach herstellbar.
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Durch den dreieckförmigen Querschnitt ist von Vorteil, dass die radiale Vorspannkraft über den radialen Einfederweg des radialen Vorspannelements progressiv veränderlich ist. Je weiter das Vorspannelement in radialer Richtung einfedert, desto größer ist die Vorspannkraft.
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Die erste Dichtlippe wird während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Stangendichtung durch das radiale Vorspannelement an eine abzudichtende Oberfläche eines abzudichtenden Maschinenelements, zum Beispiel eine Stange, angepresst.
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Die erste Dichtlippe und das radiale Vorspannelement sind bevorzugt im Wesentlichen in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet. Durch eine derartige Zuordnung von erster Dichtlippe und radialem Vorspannelement ergibt sich für die meisten Anwendungsfälle eine besonders vorteilhafte Wirklinie, die unter allen Betriebsbedingungen der Stangendichtung durch deren Einstückigkeit erhalten bleibt.
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In Vergleich zu dem zweiteilig ausgebildeten Dichtsatz aus dem eingangs genannten Stand der Technik, bei dem die Wirklinie der O-Ring-Kraft auf die erste Dichtlippe nur schwer veränderlich ist, kann die Wirklinie der Vorspannkraft des radialen Vorspannelements herstellungsbedingt an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles angepasst werden. Dazu kann das radiale Vorspannelement herstellungsbedingt, bezogen auf die Radialebene, die die erste Dichtlippe durchdringt, in axialer Richtung in unterschiedlichen axialen Abständen beiderseits der Radialebene vorgesehen werden.
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Das radiale Vorspannelement ist bevorzugt als statische zweite Dichtlippe ausgebildet. Dazu ist das radiale Vorspannelement, in Umfangsrichtung betrachtet, in sich geschlossen ausgebildet und stütz sich gegenüber einem Nutgrund eines Einbauraums der Stangendichtung statisch ab. Eines separaten statischen Dichtrings bedarf es daher nicht.
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Der Profilring kann mit axialem Abstand benachbart zum radialen Vorspannelement, stirnseitig einerseits des Profilrings, ein axiales Vorspannelement aufweisen. Die axiale Verspannung der Stangendichtung in ihrem Einbauraum wird durch ein axiales Übermaß der Stangendichtung, bezogen auf deren Einbauraum, bewirkt. Die axiale Hin- und Herverlagerung der Stangendichtung innerhalb ihres Einbauraums während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Stangendichtung und auch der Verschleiß der Stangendichtung sind deshalb auf ein Minimum begrenzt.
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Das axiale Vorspannelement kann zumindest einen Durchtrittskanal aufweisen, der sich von der entsprechenden Stirnseite umlenkend axial in Richtung des radialen Vorspannelements erstreckt.
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Das axiale Vorspannelement kann bevorzugt zumindest drei Durchtrittskanäle aufweisen, die gleichmäßig in Umfangsrichtung des Profilrings verteilt angeordnet sind. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine unerwünschte Verkantung der Stangendichtung innerhalb ihres Einbauraums während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Stangendichtung vermieden.
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Mittels der Durchtrittskanäle wird das abzudichtende Medium vom abzudichtenden Raum in einen Freiraum geleitet, der, in axialer Richtung betrachtet, zwischen dem radialen und dem axialen Vorspannelement angeordnet ist.
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Der Freiraum kann nutförmig und in Umfangsrichtung in sich geschlossen ausgebildet sein. Der Druck aus dem abzudichtenden Raum liegt innerhalb des Freiraums und deshalb an der zweiten Dichtlippe sowie an der ersten Dichtlippe gleichermaßen an.
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Die erste Dichtlippe kann durch einander durchschneidende Kegelflächen gebildet sein, von denen die eine auf der Hochdruckseite und die andere auf der Niederdruckseite des Profilrings angeordnet ist, wobei die hochdruckseitige Kegelfläche mit der Symmetrieachse der Stangendichtung einen größeren Winkel einschließt als die niederdruckseitige Kegelfläche. Derart ausgebildete Dichtlippen sind allgemein bekannt und gelangen zum Beispiel auch bei der eingangs beschriebenen Stangendichtung aus dem Stand der Technik zu Anwendung. Durch den größeren Winkel, den die hochdruckseitige Kegelfläche mit der Symmetrieachse begrenzt, wird abzudichtendes Medium von der abzudichtenden Oberfläche des ausfahrenden abzudichtenden Maschinenelements, zum Beispiel einer Stange, abgestreift und dadurch im abzudichtenden Raum zurückgehalten. Bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung des abzudichtenden Maschinenelements, also beim Einfahren, wird das beim Ausfahren auf der abzudichtenden Oberfläche verbliebene abzudichtende Medium entlang der niederdruckseitigen Kegelfläche zurück in den abzudichtenden Raum geschleppt.
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Die niederdruckseitige Kegelfläche kann zumindest eine rillenförmige Vertiefung aufweisen, die in Umfangsrichtung in sich geschlossen ausgebildet ist.
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Bevorzugt gelangen mehrere axial zueinander benachbart angeordnete, rillenförmige Vertiefungen zur Anwendung. Diese Vertiefungen sind zur Stabilisierung und Verbesserung der Gleiteigenschaften vorgesehen. Während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Stangendichtung sind die Vertiefungen mit abzudichtenden Medium zumindest teilweise gefüllt, verbessern dadurch die Schmierung der ersten Dichtlippe und erhöhen folglich die Standzeit der Stangendichtung.
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Ein weitere Verbesserung der Gleiteigenschaften kann dadurch erreicht werden, dass die zumindest eine Vertiefung mit einem Steg aus einem reibungsverringernden Werkstoff ausgefüllt ist, der oberflächenbündig mit der niederdruckseitigen Kegelfläche ausgebildet ist. Die Stege können beispielsweise aus PTFE bestehen und werden vorzugsweise in die Vertiefungen eingeklebt.
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Durch die besonders einfache und kostengünstige Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Stangendichtung ist diese besonders gut zur Abdichtung von Großzylindern geeignet. Die erste Dichtlippe kann einen Dichtdurchmesser von 0,5 m bis 150 m, bevorzugt von 1 m bis 150 m aufweisen. Auch bei großen Dichtdurchmessern weist die erfindungsgemäße Stangendichtung nur relativ kleine Herstellungstoleranzen auf, so dass die Gebrauchseigenschaften der einteiligen Stangendichtung, bezogen zum Beispiel auf den eingangs genannten Dichtsatz, verbessert sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stangendichtung wird nachfolgend anhand der schematisch dargestellten Figur näher erläutert.
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Ausführung der Erfindung
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In der Figur ist eine Dichtungsanordnung gezeigt, die die erfindungsgemäße Stangendichtung umfasst.
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Die Stangendichtung ist in ihrer herstellungsbedingten Form gezeigt. Dadurch sind die Überdeckungen des radialen Vorspannelements 3 und des axialen Vorspannelements 8 jeweils mit der Begrenzung des Einbauraums 27 zu erkennen, der in einem Gehäuse 28 angeordnet ist.
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Das Gehäuse 28 umschließt das abzudichtende Maschinenelement 29, das durch eine in axialer Richtung 14 hin- und herbewegliche Stange 30 gebildet ist, mit radialem Abstand 31. Der radiale Abstand 31 wird durch die Stangendichtung abgedichtet.
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Der Dichtungswerkstoff, der in diesem Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Stangendichtung zur Anwendung gelangt, kann ein elastomerer Werkstoff oder ein Polyurethan sein, wobei die Härte des Dichtungswerkstoffs bevorzugt 60 bis 80 Shore A beträgt.
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Am Profilring 1 ist radial innenseitig die erste Dichtlippe 2 angeordnet und auf der der ersten Dichtlippe 2 radial abgewandten Seite 4 das radiale Vorspannelement 3. Das radiale Vorspannelement 3 ist einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich mit dem Profilring 1 ausgebildet. Die gesamte Stangendichtung ist deshalb einstückig.
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Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die erste Dichtlippe 2 und das radiale Vorspannelement 3 in der gemeinsamen Radialebene 7 angeordnet. Das radiale Vorspannelement 3 ist als sich in radialer Richtung 5 erstreckende Rippe 6 mit im Wesentlichen dreieckförmigem Querschnitt ausgebildet.
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Die statische Abdichtung der Stangendichtung innerhalb des Einbauraums 27 erfolgt durch das radiale Vorspannelement 3, das die statische zweite Dichtlippe 8 bildet und durch die axiale Anschlagfläche 13, die sich in radialer Richtung 5 erstreckt, eine der Stirnseiten 12 der Stangendichtung bildet und die entsprechende Begrenzungswand des Einbauraums 27 dichtend berührt.
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Die Stangendichtung ist in axialer Richtung verspannt innerhalb des Einbauraums 27 angeordnet. Die axiale Verspannung wird durch das axiale Vorspannelement 9 bewirkt, das im Bereich der der Stirnseite 12 axial gegenüberliegenden Stirnseite 11 der Stangendichtung angeordnet ist. Im axialen Vorspannelement 9 sind im hier gezeigten Ausführungsbeispiel mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Durchtrittskanäle 10, 10.1, 10.2, 10.3, ... vorgesehen, durch die abzudichtendes Medium 32 vom abzudichtenden Raum 33 in den Freiraum 15 gelangen kann.
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Der Freiraum 15 ist nutförmig und in Umfangsrichtung in sich geschlossen ausgebildet. Der Freiraum 15 ist radial nach außen offen.
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Die erste Dichtlippe 2 wird durch zwei Kegelflächen 17, 18 begrenzt, von denen die Kegelfläche 17 hochdruckseitig 19 und die Kegelfläche 18 niederdruckseitig 20 angeordnet ist.
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Die beiden Kegelflächen 17, 18 begrenzen mit der Symmetrieachse 21 der Stangendichtung unterschiedlich große Winkel. Die hochdruckseitige Kegelfläche 17 begrenzt mit der Symmetrieachse 21 einen größeren Winkel 22.
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Demgegenüber ist der Winkel 23, den die niederdruckseitige Kegelfläche 18 mit der Symmetrieachse 21 begrenzt, kleiner.
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Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist die niederdruckseitige Kegelfläche 18 rillenförmige Vertiefungen 24 auf, die in Umfangsrichtung 16 in sich geschlossen ausgebildet und mit Stegen 25 aus einem reibungsverringernden Werkstoff, wie zum Beispiel PTFE, ausgefüllt sind. Die Stege 25 fügen sich oberflächenbündig in die Vertiefungen 24 der niederdruckseitigen Kegelfläche 18 ein.
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Die Stangendichtung kann durch Extrudieren hergestellt werden. Das extrudierte Profil der Stangendichtung kann im Werk oder auch auf der Baustelle gefügt werden. Damit ist die Abdichtung von Zylindern mit besonders großen Dichtdurchmessern von zum Beispiel bis zu 150 m möglich.
