DE1290394B

DE1290394B - Seal for a reciprocating piston rod

Info

Publication number: DE1290394B
Application number: DE1961P0026929
Authority: DE
Inventors: Lansky Zdenek John
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1961-04-08
Filing date: 1961-04-08
Publication date: 1969-03-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für eine hin- und hergehende Kolbenstange, einen Plunger oder Kolben, bei der zwischen dieser und einem Gehäuse auf der dem abzudichtenden Raum zugewandten Seite der Dichtung ein Dichtungsring und, in axialer Richtung davon entfernt, ein Abstreifring angeordnet sind, zwischen denen eine Kammer vorgesehen ist, in welcher sich durch die Ansammlung von Fluidum ein Fluidumsdruck ausbildet, und bei der der Dichtungsring eine innere Lippendichtung zum Ausüben einer Rückschlagventilwirkung aufweist, die ein Rückströmen des Fluidums aus der Kammer zuläßt.The invention relates to a seal for a reciprocating Piston rod, a plunger or piston, in which between this and a housing a sealing ring on the side of the seal facing the space to be sealed and, in the axial direction away therefrom, a wiper ring are arranged between which a chamber is provided in which through the accumulation of fluid a fluid pressure forms, and in which the sealing ring is an inner lip seal for exerting a check valve effect, which causes a backflow of the fluid admits from the chamber.

Eine solche Dichtung ist bekannt. Bei der bekannten Dichtung ist die Kammer in ihrem Volumen im wesentlichen unveränderlich. Diese Kammer kann somit allenfalls die Funktion eines Sammlers für das aus dem abzudichtenden Raum an dem Dichtungsring vorbeigelangte Fluidum erfüllen. Wenn die Kammer mit Fluidum voll gefüllt ist, ist eine weitere Aufnahme von Fluidum nicht mehr möglich. Tritt nun weiterhin Fluidum am Dichtungsring vorbei aus, so ist nicht zu vermeiden, daß die bekannte Dichtung leckt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der abzudichtende Raum oberhalb der Dichtung liegt, so daß das Herauslecken des Fluidums durch Schwerkraft unterstützt wird.Such a seal is known. In the known seal is the Chamber essentially invariable in its volume. This chamber can thus at most, the function of a collector for that from the space to be sealed on the Sealing ring meet fluid that has passed by. When the chamber is full of fluid is filled, a further intake of fluid is no longer possible. Now kick if fluid continues past the sealing ring, it cannot be avoided that the known seal leaks. This is particularly the case when the Space above the seal so that the fluid can leak out by gravity is supported.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Dichtung dahingehend weiter auszubilden, daß eine Undichtigkeit auch unter erschwerten Bedingungen und bei ungünstiger Anordnung des Kolbens sicher vermieden wird.The object of the invention is to further develop the known seal in this regard to train that a leak even under difficult conditions and in unfavorable Arrangement of the piston is safely avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein den Kammerinnenraum begrenzendes Teil verschieblich, gegenüber der Kammer abgedichtet angeordnet und durch federnde Mittel auf den Kammerinnenraum zu abgestützt ist.This object is achieved according to the invention in that a chamber interior delimiting part displaceable, arranged in a sealed manner with respect to the chamber is supported by resilient means on the chamber interior.

Dank der volumenveränderlichen Kammer zwischen Dichtungsring und Abstreifring wird erreicht, daß beim Auswärtsgang des Kolbens mehr Fluidum in der Kammer aufgenommen werden kann, als dies bei der bekannten Dichtung mit Kammer von konstantem Volumen möglich ist. Diese zusätzliche Fluidumaufnahme in der Kammer wird aber gegen die Wirkung einer Feder erreicht, so .daß der Druck in der Kammer erhöht wird. Beim nachfolgenden Einwärtsgang des Kolbens kann nun, dank,des überdrucks, ein Rückpumpen des Fluidums in den abzudichtenden Raum stattfinden. Je größer die Ansammlung von Fluidum in der Kammer während des Auswärtsganges des Kolbens ist, um so stärker wird die Feder gespannt, und um so wirksamer ist daher der die Rückströmung des Fluidums bewirkende Pumpeffekt.Thanks to the variable volume chamber between the sealing ring and the scraper ring it is achieved that as the piston moves outwards, more fluid is taken up in the chamber than the known constant volume chamber seal is possible. This additional fluid uptake in the chamber is against the The effect of a spring is achieved, so that the pressure in the chamber is increased. At the The subsequent inward gear of the piston can now pump back thanks to the overpressure of the fluid take place in the space to be sealed. The greater the accumulation of Fluid in the chamber during the outward path of the piston is, the stronger the spring is tensioned, and therefore the more effective is the return flow of the Fluidum effecting pump effect.

Mit der Erfindung wird eine sichere Abdichtung geschaffen, die eine hohe Lebensdauer besitzt.With the invention, a secure seal is created, the one has a long service life.

Das verschiebliche Teil ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Abstreifring selbst, der entweder insgesamt axial gegen .die Wirkung einer Metallfeder oder eines Gummipuffers verschiebbar ist oder durch Ausbildung von Hohlräumen beim Auftreten eines überdrucks in der Kammer kompressibel ist, wobei im letzteren Fall die Funktionen des verschieblichen Teils und des federnden Mittels im Abstreifring zusammengefaßt sind. Kumulativ oder alternativ wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein in einer Bohrung verschieblicher Kolben vorgesehen, wobei die Bohrung mit der Kammer kommunizierend in Verbindung steht. Die den Kolben aufnehmende Bohrung kann in einem separaten, in das Gehäuse der Dichtung einschraubbaren Zylinder bestehen. Mit zunehmender Ansammlung von Fluidum in der Kammer weicht der Kolben in der Bohrung gegen einen zunehmenden Gegendruck zurück. Beim nächsten Einwärtsgang der abzudichtenden Kolbenstange bewirkt dieser auf den Kolben in der Bohrung wirkende Gegendruck unter rückschlagventilartigem Abheben der inneren Lippendichtung ein Herausdrücken des Fluidums aus der Kammer in den abzudichtenden Raum.The movable part is according to one embodiment of the invention the wiper ring itself, which either counteracts the overall axial effect of a metal spring or a rubber buffer is displaceable or by the formation of cavities at Occurrence of an overpressure in the chamber is compressible, in the latter case the functions of the movable part and the resilient means in the scraper ring are summarized. According to a further embodiment, cumulatively or alternatively of the invention provided a piston displaceable in a bore, the Bore communicating with the chamber in communication. The one receiving the piston Bore can be in a separate cylinder that can be screwed into the housing of the seal exist. As fluid accumulates in the chamber, the piston gives way back in the bore against an increasing counter pressure. At the next inward gear the piston rod to be sealed causes this to act on the piston in the bore Counterpressure with a check valve-like lifting of the inner lip seal Forcing the fluid out of the chamber into the space to be sealed.

An Hand der Zeichnung, die einige Ausführungsbeispiele darstellt, sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Dichtung, F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig.1. F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig.1, F i g. 4 eine abgewandelte Ausführungsform des federnden Mittels für das verschiebbare Teil der Kammer, F i g. 5 eine Ansicht der Ausführungsform gemäß F i g. 4 in Richtung 5-5 dieser F i g. 4, F i g. 6 eine weiter abgewandelte Ausführungsform des federnden Mittels, F i g. 7 noch eine abgewandelte Ausführungsform des federnden Mittels, F i g. 8 eine abgewandelte Ausführungsform des Abstreifringes, F i g. 9 eine Ausführungsform mit einem Abstreifring ähnlich F i g. 8, jedoch mit einer anderen Ausbildung des federnden Mittels, F i g. 10 eine weitere Abwandlung des verschiebbaren Teils der Fluidumkammer, F i g. 11 eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 der F i g. 10, F i g. 12 eine Schnittansicht ähnlich F i g. 11, jedoch mit Darstellung einer weiteren Abwandlung, und F i g. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel für das federnde Mittel.On the basis of the drawing, which shows some exemplary embodiments, the invention is explained in more detail. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section through the Seal, Fig. 2 shows a cross section along the line 2-2 of FIG. F i g. 3 one Cross section along the line 3-3 of Figure 1, F i g. 4 shows a modified embodiment of the resilient means for the displaceable part of the chamber, FIG. 5 is a view the embodiment according to FIG. 4 in the direction of 5-5 of this FIG. 4, fig. 6 one further modified embodiment of the resilient means, FIG. 7 another modified one Embodiment of the resilient means, FIG. 8 shows a modified embodiment of the scraper ring, F i g. 9, an embodiment with a wiper ring is similar F i g. 8, but with a different design of the resilient means, FIG. 10 one further modification of the displaceable part of the fluid chamber, FIG. 11 is a sectional view along line 11-11 of FIG. 10, fig. 12 is a sectional view similar to FIG. 11, but showing a further modification, and FIG. 13 another Embodiment for the resilient means.

In ein Gehäuse 26 ist eine Stopfbuchse 28 eingeschraubt, in deren Bohrung 30 die abzudichtende Kolbenstange 24 eng aufgenommen und axial geführt ist. Die Stopfbuchse 28 hat eine innere Umfangsnut 56, in welcher ein Dichtungsring 46 aus Gummi oder ähnlichem elastischem Material und eine Ringscheibe 66 aus Leder od. dgl. zur Verhinderung eines Herausquetschens des Dichtungsringes im Spalt zwischen Kolbenstange 24 und Stopfbuchsenbohrung 30 untergebracht ist. Der Dichtungsring 46 hat einen dem abzudichtenden Raum zugewandten Schlitz 58, so daß innere und äußere Lippendichtungen 52 und 54 gebildet werden. Im eingebauten Zustand, in welchem die beiden Lippen 52, 54 radial zusammengedrückt sind, liegen die Stirnflächen 60, 62 der beiden Lippen etwa in einer Radialebene. Diese Anordnung des Dichtungsringes 46 schafft eine Rückschlagventilwirkung, derart, daß bei einem Auswärtsgang der Kolbenstange 24, bei der Darstellung gemäß F i g. 1 also einer Bewegung der Stange nach unten, der Widerstand für am Umfang der Stange 24 mitgeführtes Fluidum, am Dichtungsring 46 vorbeizugelangen, erheblich größer als beim Aufwärtsgang der Kolbenstange 24 ist.A stuffing box 28 is screwed into a housing 26, in the bore 30 of which the piston rod 24 to be sealed is tightly received and axially guided. The stuffing box 28 has an inner circumferential groove 56 in which a sealing ring 46 made of rubber or similar elastic material and an annular disc 66 made of leather or the like to prevent the sealing ring from being squeezed out in the gap between the piston rod 24 and the stuffing box bore 30 is accommodated. The sealing ring 46 has a slot 58 facing the space to be sealed, so that inner and outer lip seals 52 and 54 are formed. In the installed state, in which the two lips 52, 54 are radially pressed together, the end faces 60, 62 of the two lips lie approximately in a radial plane. This arrangement of the sealing ring 46 creates a check valve effect such that when the piston rod 24 moves outwards, in the illustration according to FIG. 1 that is, a downward movement of the rod, the resistance for fluid carried along the circumference of the rod 24 to get past the sealing ring 46 is considerably greater than when the piston rod 24 moves upwards.

Im axialen Abstand vom Dichtungsring 46 ist in der Stopfbuchse 28 innerhalb einer Bohrung 68 ein Abstreifring 48 angeordnet, der im wesentlichen dieselbe Ausbildung wie der Dichtungsring 46 hat. In den Ringschlitz 58 a des Abstreifringes 48 greift ein Ringsteg 70 der Stopfbuchse 28 ein, um die obere Stirnfläche des Abstreifringes 48 im Abstand von der oberen Stirnwand 69 der Bohrung 68 zu halten, so daß hier immer eine Kammer 72 zur Aufnahme von Fluidum verbleibt. Der Abstreifring 48 ist in der Bohrung 68 von der in F i g. 1 dargestellten Stellung gegen die Wirkung einer Schraubenfeder 74 nach unten verschiebbar, die sich unten an einem in die Stopfbuchse 28 eingesetzten Ring 78 abstützt. Das obere Ende der Feder 74 drückt gegen eine Ringscheibe 76, die mit dem Abstreifring 48 in der Bohrung 68 verschiebbar ist.At an axial distance from the sealing ring 46, a scraper ring 48 is arranged in the stuffing box 28 within a bore 68 and has essentially the same design as the sealing ring 46 . In the annular slot 58 a of the scraper ring 48 engages an annular web 70 of the stuffing box 28 to keep the upper end face of the scraper ring 48 at a distance from the upper end wall 69 of the bore 68, so that there always remains a chamber 72 for receiving fluid. The scraper ring 48 is in the bore 68 of the in F i g. 1 can be displaced downward against the action of a helical spring 74, which is supported at the bottom on a ring 78 inserted into the stuffing box 28. The upper end of the spring 74 presses against an annular disk 76 which is displaceable with the scraper ring 48 in the bore 68.

Wenn die Kolbenstange 24 nach unten geht, gelangt etwas Fluidum am Dichtungsring 46 vorbei, wird dann aber vom Abstreifring 48 von der Umfangsfläche der Stange 24 abgenommen und in die Kammer 72 gedrückt. Mit weiterer Fluidumzufuhr in die Kammer 72 verschiebt sich der Abstreifring 48 gegen die Wirkung der Feder 74 nach unten, so daß das Volumen der Kammer 72 größer wird, gleichzeitig aber auch dank der Kompression der Feder 74 der Druck auf das Fluidum in der Kammer 72 wächst. Wegen der Ausdehnbarkeit der Kammer 72 ist sichergestellt, daß das gesamte vom Ring 48 abgestreifte Fluidum in der Kammer aufgenommen werden kann und daß somit auf der aus der Stopfbuchse 28 nach unten austretenden Kolbenstange kein Fluidumfilm mehr verbleibt. Beim nachfolgenden Einwärtsgang der Kolbenstange 24 wird dank des durch die Feder 74 auf das Fluidum in der Kammer 72 ausgeübten Drucks eine Fluidumrückströmung erzielt, welcher der Dichtungsring 46 dank der nur beim Abwärtsgang der Stange vorhandenen Rückschlagventilwirkung keinen nennenswerten Widerstand entgegengesetzt. Dank dieser Pumpwirkung wird also praktisch das gesamte Fluidum aus der Kammer 72 in den abzudichtenden Raum zurückgeführt. Der Abstreifring 48 bewegt sich entsprechend der abgeführten Fluidummenge in der Bohrung 68 wieder nach oben in die in F i g. 1 dargestellte Stellung.When the piston rod 24 goes down, some fluid passes the sealing ring 46, but is then removed from the circumferential surface of the rod 24 by the scraper ring 48 and pressed into the chamber 72. With further fluid supply into the chamber 72, the scraper ring 48 moves downwards against the action of the spring 74, so that the volume of the chamber 72 increases, but at the same time, thanks to the compression of the spring 74, the pressure on the fluid in the chamber 72 increases . Because of the expandability of the chamber 72 it is ensured that all of the fluid stripped from the ring 48 can be received in the chamber and that no more fluid film remains on the piston rod emerging from the stuffing box 28 downward. During the subsequent inward movement of the piston rod 24, thanks to the pressure exerted on the fluid in the chamber 72 by the spring 74, a fluid return flow is achieved, which the sealing ring 46 opposes no appreciable resistance thanks to the check valve effect only present during the downward movement of the rod. Thanks to this pumping action, practically all of the fluid is returned from the chamber 72 into the space to be sealed. The scraper ring 48 moves upward again in the bore 68 in accordance with the amount of fluid removed into the position shown in FIG. 1 position shown.

Die F i g. 4 und 5 veranschaulichen eine Blattfeder 82 in Form einer Wehfeder an Stelle der in F i g. 1 verwendeten Schraubenfeder 74.The F i g. 4 and 5 illustrate a leaf spring 82 in the form of a Wehfeder instead of the one shown in FIG. 1 used coil spring 74.

F i g. 6 veranschaulicht an Stelle der Metallfedern 74 und 82 eine Feder aus kompressiblem, gummiartigem Material, z. B. Schwammgummi oder Schaumstoff. Diese Feder ist mit 84 bezeichnet.F i g. 6 illustrates one in place of metal springs 74 and 82 Spring made of compressible, rubber-like material, e.g. B. sponge rubber or foam. This spring is labeled 84.

In F i g. 7 ist ein etwas anders ausgebildeter Abstreifring 90 dargestellt. Im Gegensatz zu sämtlichen bisherigen Ausführungen ist dieser Abstreifring 90 unverschiebbar in der Stopfbuchse untergebracht. Dafür ist ein Zylinder 114 in die Stopfbuchse abdichtend eingeschraubt. Im Zylinder ist ein Kolben 116 verschiebbar, der unter der Vorspannung einer Feder 118 steht. Die vordere Stirnfläche des Kolbens 116 kann über einen Kanal 122 von Fluidum aus der Kammer 72 beaufschlagt werden, so daß der Kolben gegen die Wirkung der Feder 118 im Zylinder 114 zurückweicht, was beim Abwärtsgang der Kolbenstange 24 geschieht. An Stelle der mechanischen Feder 118 und der dargestellten Entlüftungsbohrung im Zylinder 114 könnte man auch ein kompressibles Luftpolster verwenden. F i g. 8 und 9 veranschaulichen wiederum anders ausgebildete Abstreifringe. Sie bestehen hier aus einfachen O-Ringen 172 bzw. 182 von im entlasteten Zustand etwa kreisförmigem Querschnitt. Gemäß F i g. 8 ist der Abstreifring 172 in der Stopfbuchsenbohrung 174 gegen die Wirkung der Feder 82 verschiebbar. Bei der Ausführung gemäß F i g. 9 ist der Abstreifring 182 in der Ringnut 184 unverschiebbar, die Kammer 72 steht hier über den Lagerspalt zwischen Kolbenstange 24 und Stopfbuchse mit dem Kanal 122 des Zylinders 114 entsprechend F i g. 7 in kommunizierender Verbindung.In Fig. 7 shows a wiper ring 90 with a slightly different design. In contrast to all previous designs, this scraper ring 90 is housed immovably in the stuffing box. For this purpose, a cylinder 114 is screwed into the stuffing box in a sealing manner. A piston 116, which is under the bias of a spring 118, is displaceable in the cylinder. The front face of the piston 116 can be acted upon by fluid from the chamber 72 via a channel 122, so that the piston retreats against the action of the spring 118 in the cylinder 114 , which happens when the piston rod 24 travels downward. Instead of the mechanical spring 118 and the illustrated vent hole in the cylinder 114, a compressible air cushion could also be used. F i g. 8 and 9 again illustrate differently designed scraper rings. They consist here of simple O-rings 172 and 182 with an approximately circular cross-section in the unloaded state. According to FIG. 8, the scraper ring 172 can be displaced in the stuffing box bore 174 against the action of the spring 82. In the execution according to FIG. 9, the scraper ring 182 can not be displaced in the annular groove 184 , the chamber 72 here stands above the bearing gap between the piston rod 24 and the stuffing box with the channel 122 of the cylinder 114 as shown in FIG. 7 in communicating connection.

Die Ausführungen gemäß den F i g.10 bis 13 unterscheiden sich von den bisherigen Ausführungen im wesentlichen dadurch, daß das federnde Mittel für die Pumpwirkung in dem Abstreifring 144 bzw. 156 selbst vorhanden ist. Der Abstreifring 144 hat etwa eine Ausbildung wie der Abstreifring 48 gemäß den F i g. 1 bis 6, besitzt jedoch in seiner dem abzudichtenden Raum abgewandten Stirnfläche eine Anzahl Löcher 148 (F i g. 11) oder eine Ringnut 160 (F i g. 12). Alternativ oder kumulativ sind, wie F i g. 13 veranschaulicht, an der äußeren Stirnfläche des Abstreifringes 156 Aussparungen 164 und an der inneren Umfangsfläche Aussparungen 162 vorgesehen. Die Aussparungen können aus Umfangsnuten bestehen.The designs according to FIGS. 10 to 13 differ from the previous designs essentially in that the resilient means for the pumping action is present in the scraper ring 144 or 156 itself. The scraper ring 144 has approximately the same design as the scraper ring 48 according to FIGS. 1 to 6, but has a number of holes 148 (FIG. 11) or an annular groove 160 (FIG. 12) in its end face facing away from the space to be sealed. Alternatively or cumulatively, as shown in FIG. 13, recesses 164 are provided on the outer end face of the scraper ring 156 and recesses 162 are provided on the inner circumferential surface. The recesses can consist of circumferential grooves.

Auf Grund der Materialausnehmungen der Abstreifringe 144 und 156 kann die die Kammer 72 begrenzende Stirnfläche des Abstreifringes beim Einströmen von Fluidum in die Kammer zurückweichen, wobei der Abstreifring dank der Materialausnehmungen verformt wird. Die elastische Verformung der Abstreifringe entspricht in ihrer Wirkung der Funktion der in anderen Figuren verwendeten Federn, d. h., beim Aufwärtsgang der Kolbenstange hat der Abstreifring das Bestreben, seine ursprüngliche Form wieder anzunehmen, wodurch das Fluidum aus der Kammer 72 in den abzudichtenden Raum zurückgepumpt wird.Due to the material recesses of the scraper rings 144 and 156 , the end face of the scraper ring delimiting the chamber 72 can recede when fluid flows into the chamber, the scraper ring being deformed thanks to the material recesses. The elastic deformation of the scraper rings corresponds in its effect to the function of the springs used in other figures, that is, when the piston rod moves upwards, the scraper ring tries to assume its original shape again, as a result of which the fluid is pumped back from the chamber 72 into the space to be sealed.

Claims

Claims: 1. Seal for a reciprocating piston rod, a plunger or piston, in which between this and a housing on the To be sealed space facing side of the seal and a sealing ring, in the axial Direction away from it, a wiper ring are arranged, between which a chamber is provided in which a fluid pressure is created by the accumulation of fluid forms and in which the sealing ring has an inner lip seal for exercising a Has a check valve effect that causes the fluid to flow back out of the chamber allows, characterized in that a part delimiting the chamber interior (72) (Scraper ring 48 in Figs. 1 through 6; piston 116 in Figs. 7 and 9; O-ring 172 in F i g. 8th; Wiper rings 144 and 156 in FIG. 10 to 13) movable opposite the chamber and sealed by resilient means (74, 82, 84, 118; 146, 148, 160, 162, 164) is supported on the chamber interior.

2. Seal after Claim 1, characterized in that the displaceable part of the scraper ring (48) is used to enlarge the chamber (72) axially relative is movable to the sealing ring (46).

3. Seal according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the wiper ring (48) under the action of a compressible Metal spring (74, 82) stands.

4. Seal according to claim 3, characterized in that that the compressible metal spring is a coil spring (74).

5. Seal according to claim 3, characterized in that the compressible metal spring is a Leaf spring (82) is.

6. Seal according to claim 1 or 2, characterized in that that the resilient means is a rubber spring (84).

7. Seal according to claim 6, characterized characterized in that the spring consists of elastic foam or sponge rubber. B.

Seal according to claim 6 or 7, characterized in that the wiper ring (144, 156) thanks to the provided cavities (146, 148, 160, 162) themselves as resilient Means is trained.

9. Seal according to claim 8, characterized in that in the end face of the scraper ring (144, 156) facing away from the chamber (72) in the Spaced blind holes (148) and / or at least one annular groove (160) are provided are.

10. Seal according to claim 8 or 9, characterized in that in the outer and / or inner peripheral surfaces of the scraper ring (144, 156) recesses (146; 162, 164) are provided in particular in the form of circumferential grooves.

11. Seal after Claim 1, characterized in that the displaceable part is in a bore (114) movable piston (116), the bore (114) with the chamber (72) communicates.

12. Seal according to claim 11, characterized in that the bore (114) is connected to the chamber (72) via a channel (122).

13th Seal according to claim 11 or 12, characterized in that the bore (114) on the back of the piston (116) is vented and on the piston (116) a mechanical Spring, in particular helical spring (118), engages.

14. Seal after one of the Claims 11 to 13, characterized in that the bore (114) is in a Housing screwed cylinder is formed.