DE1082463B - Dichtungsring - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Dichtungsringe und betrifft dabei insbesondere solche Dichtungsringe, die zur Herstellung einer Druckflüssigkeitsdichtung in vorhandenen Dichtungsnuten dienen. Dabei handelt es sich z. B. um solche Dichtungsnuten, die bei bereits vorhandenen Maschinen zum Einlegen von. sogenannten O-Ringen mit kreisförmigem oder auch quadratischem Querschnitt vorgesehen sind.

Zum Herstellen einer Druckflüssigkeitsdichtung zwischen zwei relativ zueinander bewegten Maschinenteilen ist es bisher üblich, in einem der Maschinenteile eine Nut vorzusehen und darin einen O-Ring einzusetzen. Solch ein O-Ring besteht im allgemeinen aus Gummi. Man nahm bisher an, daß die Nut für einen O-Ring wesentlich breiter als tief sein müßte, damit der Dichtungsring genügend Spiel habe, um sich wenigstens etwas axial zu bewegen. Daher haben die Nuten für O-Ringe im allgemeinen eine Breite, die um ein Drittel größer ist als die axialen Abmaße des eingesetzten O-Ringes. Es sind heute außerordentlich viele Maschinen vorhanden und im Betrieb, die Dichtungsringnuten aufweisen, welche aus den beschriebenen Gründen nicht so tief wie breit sind.

Die Praxis hat gelehrt, daß ein O-Ring mit kreisförmigem Querschnitt oftmals nicht der ideale Dichtungsring ist. Ein Hauptgrund dafür ist der, daß sich solch ein O-Ring beim Betrieb in seiner Längsrichtung verdreht und- schließlich selbst abnutzt oder reißt, wobei der Dichtungsring und damit auch die Dichtung zerstört wird. Man hat deswegen, auch schon vorgeschlagen, O-Ringe mit praktisch quadratischem Querschnitt und eingesenkten Seitenflächen auszubilden. Solche Dichtungsringe mit quadratischem Querschnitt sind daher als Ersatz für O-Ringe mit kreisförmigem Querschnitt bekanntgeworden.

Die Praxis hat jedoch auch hier gezeigt, daß Dichtungsringe mit quadratischem Querschnitt noch keine idealen Dichtungsringe sind, weil sich auch diese Dichtungsringe neigen, kippen, wälzen und verwinden. Wenn die Bewegung der gegeneinander abzudichtenden Bauteile quer zur Nut in einem Bauteil verläuft. Das Kippen, Walzen und Verwinden des Dichtungsringes hat eine unnötige Beanspruchung desselben zur Folge, was wiederum dazu führt, daß der Dichtungsring nicht immer richtig dichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden.

Die Bemühungen, die letztlich zur Erfindung führten, vermittelten zunächst die Erkenntnis, daß die Kipp-, Wälz- und Verwindungsbewegungen der bekannten Dichtungsringe die Folge davon ist, daß sich der Dichtungsring um seine Längsachse neigt und dadurch hinsichtlich seines Querschnitts innerhalb der Nut schief zu liegen kommt und dadurch wiederum Dichtungsring

Anmelder:

A-P-D Co.,
Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom. 22, Januar 1957

Richard Earl Tisch, Minneapolis, Minn. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

zwischen den relativ zueinander bewegten Dichtungsflächen klemmt. Diese Erscheinungen treten ganz allgemein auf, auch bei rechtwinklig eingestochenen Dichtungsringnuten. Die genannten Schwierigkeiten treten aber in besonderem Maße bei denjenigen Dichtungsringnuten auf, die—wie es vielfach üblich ist — abgerundete Bodenkanten haben. Dann rutschen die konvexen innenliegenden Kanten eines Dichtungsringes mit quadratischem Querschnitt in radialer Richtung auf der Abrundung hinauf und bewirken, daß der Dichtungsring innerhalb der Nut stark klemmt, kippt, sich wälzt und verwindet.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Querschnitt des Dichtungsringes prak-' tisch rechteckig ist und die wesentlich längere Abmessung des rechteckigen Querschnitts in Achsrichtang des Dichtungsringes liegt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Dichtungsringes wird seine Neigung, in der Nut zu kippen, sich zu walzen und zu verwinden stark verringert und praktisch ausgeschaltet. Der erfindungsgemäße Dichtungsring hat daher eine weitaus größere Lebensdauer und ergibt außerdem eine bessere Dichtung. Der erfindungsgemäße Dichtungsring ist dabei aber nicht teurer als die bekannten Dichtungsringe. Er kann ganz allgemein in alle Dichtungsnuten eingesetzt werden, die weniger tief als breit sind. Dies ist besonders wichtig im Hinblick auf die große Anzahl von Maschinenteilen mit solchen Dichtungsnuten, die ursprünglich für die Verwendung von O-Ringen mit kreisförmigem oder quadratischem Querschnitt vorgesehen waren, wobei aber

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die eingangs erwähnten Nachteile' iß, Kauf genommen werden mußten. Solche~Dichtüngen können jetzt mit dem erfindungsgemäßen Dichtungsring¹ ohne Mehrkosten wesentlich verbessert werden, wodurch letzten Endes die Betriebsweise der Maschinen und ihre Standzeit verbessert bzw."verlängert wird. Die Erfindung macht es also ohne Aufwendung· von Mehrkosten möglich, erhebliche Unterhaltungskosten und Betriebskosten einzusparen.::

Im Rahmen der Erfindung kann der Dichtungsring in verschiedener Weise ausgebildet werden, worauf weiter unten noch Bezug genommen wird. Insbesondere ist es auch möglich, die erfindungsgemäßen Dichtungsringe so auszubilden, daß ein Wälzen, Verwinden und Klemmen des Ringes sowie ein Einbeulen des mittleren Ringteiles selbst dann vermieden wird, wenn die Nut ungewöhnlich breit ist oder der Dichtungsring ungewöhnlich großen Flüssigkeitsdrücken ausgesetzt ist.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Nut, die in einem von zwei sich relativ zueinander, bewegenden Bauteilen vorgesehen ist, wobei innerhalb der Nut ein O-Ring eingesetzt ist, um die gewünschte Dichtung herzustellen, und wobei die Richtung der Beaufschlagung mit Flüssigkeitsdruck und dementsprechend der Kolbenbewegung durch einen Pfeil angedeutet ist; ~ " ' "" '

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch einen O-Ring vor dem Einsetzen in eine NuV wie sie in Fig. 2 dargestellt ist;

Fig. 4 ist ein Schnitt, der einen Ring von allgemein quadratischem Querschnitt zeigt, welcher in eine Nut von der gleichen Größe wie die in Fig. 2 dargestellte eingesetzt ist;

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch den Ring gemäß Fig. 4, bevor er in die Nut eingesetzt ist;

Fig, 6 ist ein Schnitt, der einen erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsring zeigt, der in eine Dichtungsringnut von der gleichen Größe wie die in Fig. 2 dargestellte Nut eingesetzt ist;

Fig. 7 ist ein Schnitt durch den in Fig. 6 dargestellten Dichtungsring vor dem Einsetzen;

Fig. 8 ist ein Querschnitt durch eine Dichtungsnut von ungewöhnlicher Breite, in die eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung eingesetzt ist, wobei die Figur darstellt, was unter solchen Umständen und besonders, wenn ungewöhnlich große Flüssigkeitsdrücke mit im Spiele sind, geschehen kann;

Fig. 9 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 8 4&^rgestellte Anordnung und zeigt eine weitere mögliche Schwierigkeit auf, die sich bei einer solch ungewöhnlich breiten Nut und besonders, wenn ungewöhnlich große Flüssigkeitsdrücke mit im Spiele sind, ergeben kann, und

Fig. 10 ist ein Querschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, das zur Lösung der in den Fig. 8 und 9 aufgezeigten Probleme vorgesehen ist

Damit das Problem besser verständlich wird, ist in den Fig. 2 und 3 die als O-Ring bekannte Ringart vor und nach dem Einsetzen dargestellt. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist es ersichtlich, daß der O-Ring 11 kreisförmigen Querschnitt hat. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist es weiter ersichtlich, daß der O-Ring 11 in bezug auf seinen Querschnitt bei 13 und 14 leicht .; ₍ deformiert ist, _wenn er in die Nut 12 eingesetzt ist, die bisher für solche Ringe vorgesehen war. Das ist die Folge davon, daß die Nut 12 so ausgebildet ist, daß sie nicht so tief ist wie der Querschnittsdurch-

. 5 messer des Ringes 11. Fig. 2 zeigt weiter, daß solche

• Nuten üblicherweise in der Breite ein Drittel größer sind als die in Achsrichtung liegende angenommene Abmessung des eingesetzten Ringes. Deshalb weist heute eine überaus große Zahl von Maschinen in den-

iQ selben vorgesehene Dichtungsnuten auf, die wesentlich breiter als tief sind.

Die Fig. 4 und! 5 wurden aufgenommen, um den Stand der Technik eingehender darzustellen und das vorliegende Problem klar aufzuzeigen. Wie bereits.

oben erwähnt wurde, fand man, daß ein Dichtungsring mit einem allgemein quadratischen Querschnitt eine bessere Dichtung als ein O-Ring ergibt, wenn er in die Nut eingesetzt ist, die ursprünglich für den O-Ring vorgesehen war, wobei die Abmessungen des allgemein

quadratischen Dichtungsringes ungefähr gleich dem Querschnittsdurchmesser des O-Ringes sind. Der in Fig. 5 dargestellte Dichtungsring 15 erwies sich als recht wirksam zur Erzielung einer guten Flüssigkeitsdruckdichtung. Es ist dabei zu beachten, daß der Ring

15 konkav geformte Seiten 16, 17, 18 und 19 hat. Er hat weiterhin konvex geformte Wülste 20., 21, 22 und 23 an seinen Kantenteilen. Es ist ersichtlich, daß die Krümmung der Wülste an den Kanten tangential in die konkave Krümmung der Seiten des Ringes übergeht. Wenn der Dichtungsring 15 anfangs eingesetzt ist, ergeben sich an jedem der Kantenteile Stellen mit dichtender Berührung. Wie nun aus Fig. 4 ersichtlich ist, hat es sich aber gezeigt, daß solch-ein Ring 15 — wenn er auch eine an sich verbesserte Dichtung ergibt — doch noch nicht das Beste an Dichtungsringen darstellt, denn er neigt zum Kippen, Wälzen und Verwinden, wenn die Relativbewegung zwischen den Teilen quer zur Nut 12 verläuft.

Man faßt die sich bewegenden Teile in den Fig. 2 und 4 am besten als einen Kolben P und einen Zylinder C auf. Die Pfeile geben die Richtung der Druckbeaufschlagung und der Kolbenbewegung an.

Fig. 4 zeigt, wie sich der Ring 15 zwischen dem Boden der Nut 12 und den gegenüberliegenden Dichtungsflächen des Zylinders C verwindet und klemmt. Um die Beschreibung hierzu zu erleichtern, sei der Zylinder C in der Weise dargestellt, daß er eine gegenüberliegende Dichtungsfläche 24 hat, und der Kolben P in der Weise, daß er eine daran angrenzende und gegenüberliegende DichtungsfLäche 25 hat. Eine Betrachtung der Fig. 4 macht es ohne weiteres offenbar, daß der Ring 15 zum Kippen und Wälzen innerhalb der Nut 12 neigt, während sich der Kolben P hin- und

" -""herbewegt. Es ist zu beachten, daß, wie in. Fig. 4 gezeigt ist, die untere rechte Kante des Ringes 15 auf der abgerundeten Bodenkante 12 a- der Nut 12 nach oben gerutscht ist. Dieses Nach-oben-Rutschen auf der abgerundeten Kante der Nut bewirkt, daß sich der Ring 15 verklemmt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, und daß sich an der mit 26 bezeichneten Stelle eine übermäßige Beanspruchung ergibt, und reißt weiterhin die Dichtung an der Kantenwulst 20, wie es durch das Bezugszeichen 27 angedeutet ist, auf. Es ist somit ersichtlich, daß sich an der Kantenwulst 23 an der mit 26 bezeichneten Stelle eine übermäßige Beanspruchung und im übrigen eine unvollständige Dichtung ergibt, denn eine Dichtung ergibt sich nur an. der Kantenwulst 23 und nicht an den beiden Kanten 20 und 23. Fig. 1 ist die perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, das aus einem

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Dichtungsring bestellt, der—- wie es am besten aus den Fig. 6 und-7 ersichtlich ist — einen allgemein rechteckigen Querschnitt hat, bei dem die in. Achsrichtung liegende Abmessung wesentlich größer ist als'die in radialer Richtung liegende Abmessung. Der am besten ,in den Fig, 6,und. 7 dargestellte und allgemein mit 30 bezeichnete Dichtungsring hat ein Paar von in Achsrichtung mit Abstand voneinander liegenden konkav geformten Seiten 31 und 32 und ein Paar von in radialer Richtung mit Abstand voneinander io^: liegenden Seiten 33 und 34, die flach sind und parallel zur Achse des Ringes verlaufen. Es ist zu beachten, daß die in" radialer Richtung mit Abstand voneinander liegenden Seiten 33 und-34 verhältnismäßig lang sind und daß konvex geformte Wülste 35, 36, 37 und 38 an jeder Kante des Ringes 30 vorgesehen sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung ist es zweckmäßig, den Ring 30 in der Weise zu beschreiben, daß er ein Paar von allgemein mit A und B bezeichneten Endteilen und einen allgemein mit / bezeichneten Mittelteil aufweist. Die Endteile A und B bestehen aus den Teilen des Ringes, die in Achsrichtung außerhalb der vertikalen Linien X und Y liegen, welche durch die Punkte hindurchgezogen sind, in denen· sich die Krümmung der Ringaußenseite von konvex nach konkav wendet. Mit anderen Worten: Die Endteile enthalten die Kantenwülstei und die dazwischenliegende, in Achsrichtung mit Abstand von der gegenüberliegenden Seite vorgesehene Seite, wogegen der Mittelteil den Teil des Ringes enthält, der die beiden Endteile A und B miteinander verbindet bzw. zwischen ihnen als Verbindung wirkt.

Ein Vergleich zwischen der Fig. 4 und den Fig. 6 und 7 zeigt sofort die Tatsache auf, daß der Mittelbzw. Verbindungsteil bei dem erfindungsgemäßen Ring wesentlich langer ist als der Mittel- bzw. Verbindungsteil zwischen den Endteilen bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ring 15. Die Länge des Verbindungsteiles bei dem Ring 15 kann am besten durch Betrachtung der vertikalen Linien. V und W in Fig. 4 festgestellt werden. Durch wesentliche Verlängerung des Mittel- bzw. Verbindungsteiles ergibt sich erfindungsgemäß ein Ring, der ein Verwinden und Walzen innerhalb der Nut abschließt und das in Fig. 4 dargestellte Verklemmen verhindert. Nachdem der z. B. in Fig. 6 dargestellte Ring 30 der Neigung zum Kippen, Walzen oder Verwinden in mechanischer Hinsicht widersteht und durch seine in radialer Richtung liegende Abmessung daran gehindert wird, sich zu verklemmen, ergibt sich an jeder äußeren konvexen Krümmung des Ringes eine im wesentlichen gleiche und nicht übermäßige Beanspruchung. Darüber hinaus bleibt die Dichtung an jeder der Kanten erhalten, so daß eine wirksamere Dichtung erreicht wird. Demgemäß überdauert und übertrifft der erfindungsgemäße Dichtungsring 30 die bisher bekannten Dichtungsringe.

Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Nut 40, die ungewöhnlich breit ist. Wenn ein Dichtungsring mit rechteckigem Querschnitt, wie er vorstehend beschrieben wurde, so ausgestaltet wird, daß er in eine solche Nut hineinpaßt, wird der Mittelteil so lang, daß bei ungewöhnlich großen Drücken die Gefahr eines Einbeulens des Mittelteils bestehen kann, wie es in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist. Es ist erkennbar, daß der Dichtungsring 41 in den Fig. 8 und 9 so wie der Dichtungsring 30 ausgestaltet ist, außer daß der Mittelteil langer ist, wobei die in Achsrichtung liegende Abmessung des Ringes — wie es vorteilhaft ist ■—■ ein wenig kleiner als die Nutbreite ist. Bei ungewöhnliehen Drücken jedoch kann .der Flüssigkeitadruck auch unter den Mittelteil des Ringes 41 gelangen ,.und ihn, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, nach, oben hin. ausbeulen, wobei-er die Dichtung an den Kantenwülsten 42 und 43 aufreißt, so daß die Dichtung defekt wird. Eine weitere Möglichkeit-wäre die, .daß der Flüssigkeitsdruck den Mittelteil des Ringes 43 nach unten hin durchbeult, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, und dabei bewirkt,- daß die Dichtung an den konvexen Kantenwülsten 44 und 45 aufgerissen wird. Um diese Möglichkeit auszuschließen, "wird. erfindungsgemäß - eine abgewandelte Ausführungsform des Ringes 30 vorgeschlagen,,, die in Fig. 10;. dargestellt und, allgemein mit 46 bezeichnet ist. Dabei ist zu beachten, daß in jeder der Fig. 8, 9 und 10 die gleiche Nut 40 dargestellt ist.

Der Ring 46 hat einen allgemein rechteckigen Querschnitt und Endteile £ und F, die den Endteilen A und B des Ringes 30 entsprechen. Der Mittelteil jedoch, der mit G bezeichnet ist, hat in radialer Richtung mit Abstand voneinander liegende Seiten 47 und 48, die nicht flach — wie es bei dem Ring 30 der Fall ist — ausgebildet sind. Gemäß der Erfindung erweist es sich als· vorteilhaft, ein Pufferteil bzw. eine Wulst, wie z. B. 49 und 50, zwischen den (in Achsrichtung liegenden) Enden des Mittelteiles vorzusehen. Solch eine Wulst 49 und 50 verhindert, daß sich der Mittelteil in der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Weise einbeult, und ergibt eine verbesserte und wirksame Dichtung, die ihre Lage innerhalb der Nut 40 durchaus beibehält, wie in Fig., 10gezeigt ist.

Aus dem Vorstehenden ist ohne weiteres ersichtlich, daß mit der Erfindung ein Dichtungsring geschaffen wurde, der wegen seines besonders gewählten Querschnitts die bisher bekannten Dichtungsringe überdauert und übertrifft, wenn er in eine Dichtungsringnut eingesetzt ist, die für die Verwendung eines O-Ringes vorgesehen wurde. Es sei noch erwähnt, daß der erfindungsgemäße Dichtungsring selbstverständlich ganz aus einem elastischen nachgebenden Werkstoff, wie z. B. Gummi, hergestellt ist, wie ja auch die in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ringe aus solchem Werkstoff gebildet sind. Es ist in der Praxis üblich, Dichtungsringe aus solchem Werkstoff herzustellen, und das Schutzbegehren richtet sich auch nicht darauf.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Dichtungsring von praktisch rechtwinklig viereckigem Querschnitt mit wulstartigen Kanten und dazwischenliegenden, versenkten bzw. konkaven Seiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt praktisch rechteckig ist und die wesentlich längere Abmessung des rechteckigen Querschnitts in Achsrichtung des Dichtungsringes liegt.

2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem oder beiden Enden radial nach außen ragende Puffer und/oder radial nach innen ragende Puffer vorgesehen sind.

3. Dichtungsring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer als konvexe Wülste ausgebildet sind, die über jeweils beide im Bereich der Wülste aneinanderstoßenden Flächen des Dichtungsringes hinausragen.

4. Dichtungsring nach Anspruch 1 und Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Puffern bzw. Wulsten liegenden Flächen des Dichtungsringes konkav ausgebildet sind.

5. Dichtungsring nach Anspruch 1 und gegebenenfalls einem oder mehreren der Ansprüche 2

bis 4 zur Verwendung in einer Nut, die wesentlich, breiter als tief ist, dadurch, gekennzeichnet, daß die parallel zur Achsrichtung verlaufenden mittleren Flächen des Dichtungsringes flach aus-geführt sind.

6. Dichtungsring nach. Anspruch 1 und gegebenenfalls einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Verbindungsteil in radialer Richtung mit Abstand "voneinander liegende Seiten hat, von denen wenigstens eine einen radial zum Dichtungselement und von der Seite weg sich nach außen, hin erstreckenden Puffer aufweist, um ein Einbeulen des Mittelteils bei sehr hohen Drücken zu verhindern.

7. Dichtungsring nach Anspruch 1 und gegebenenfalls nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch, gekennzeichnet, daß die Breite des Dichtungsringes ein wenig kleiner als die Breite der Nut und die in Tiefenrichtung gemessene Dicke des Dichtungsringes vor dem Einsetzen ein wenig größer ist als die Tiefe der Nut.

8. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er endlos und ganz aus einem elastisch nachgebenden Werkstoff, z. B. Gummi, gebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1125 604.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 0OS 527/136 5.60