DE1900506A1 - Gleitende Dichtung - Google Patents

Description

^,!PL-ING. HELLMUTH KOSEL DIPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 BadGandersheim, 6, Januar 1969'

Braunschweiger Straße 22

Telefon: (05382)2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Bad Gandersheim

MESSIER Societe Anonyme
Patentgesuch vom 6. Jan. 1969

MESSIER Societi Anonyme

6, Avenue Raymond Pοincar4, Paris /Frankreich

G-leitende Dichtung

Die Erfindung "betrifft eine gleitende Dichtung für einen beweglichen Teil, insbesondere an hydraulischen Einrichtungen, z.B. eines Kolbens oder·einer Stange.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine · derartige Dichtung zu schaffen, die gleichzeitig unter erhöhten Drücken und unter hohen Temperaturen verwendbar ist.

In den Temperaturbereichen, in denen in Gegenwart bestimmter Hydraulikflüssigkeiten die physikalischchemischen Eigenschaften der Elastomere deren Verwendung gestatten, kommt diesen Werkstof feigroße Bedeutung zu wegen der durch sie gewährleisteten vollkommenen Abdichtungen und wegen des Fehlens geometrischer und metallurgischer Gebundenheiten, die z.B. durch metallene Dichtungen auferlegt werden.

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Bei erhöhten Temperaturen ändern sich jedoch die mechanischen Eigenschaften aller Elastomere beträchtlich, insbesondere ihr- Elastizitätsmodul und ihre Kriech- und Abriebfestigkeit_T Untersuchungen haben ergeben, daß unter besonders schwierigen Betriebsbedingungen es erforderlich wird, den Elastomerringen Mittel beizugeben, die ihrem Fließen entgegenwirken. Ausgehend von dieser Erkenntnis sollen durch die Erfindung diese Mittel geschaffen werden, durch die sich die Dichtung nach der Erfindung von den bekannten Dichtungen unterscheidet.

Die Dichtung nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Dichtungsring aus einem Elastomer aufweist, der im Axialschnitt etwa rechteckig ist und mindestens auf einer Seite Mittel aufweist, die dem Fließen des Dichtungsrings entgegenwirken. Diese Mittel bestehen aus einem Stützring aus einem harten, gegen Fließen widerstandsfähigen 7/erkstoff und aus einem Zwischenring aus einem Werkstoff, dessen Härte und Elastizität zwischen denen des Stützrings und denen des Dichtungsrings liegen. Dabei steht der Stützring mit einer im wesentlichen ebenen Stirnseite in Berührung mit einer ebenen seitlichen Wand des Sitzes der Dichtung, während der Zwischenring zwischen dem Stützring und dem Dichtungsring angeordnet ist, im Axialschnitt die Form eines Parallelogramms aufweist, das in Richtung auf den Dichtungsring geneigt ist, und mit einer im wesentlichen planen Seitenfläche gegen eine im wesentlichen plane Seitenfläche des Stützrings anliegt,

- Fach einer wesentlichen Ausführungsform der Erfindung weist die zum Zwischenring gericltete Fläche des Stützrings eine Eins.chrägung auf, die mit der Ebene des Rings einen Winkel bildet, der vorzugsweise zwischen· etwa 7 und 15° liegt, so daß der auf die Bestandteile der Dichtung

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ausgeübte hydraulische Druck den Stützring radial "belastet und ihn fest gegen die zu dichtende Fläche andrückt. Die zum Stützring gerichtete Fläche des Zwischenrings weist vorzugsweise ein zur Stützringfläche komplementäres Profil auf.

Nach einer weiteren wichtigen Ausführungsform der Erfindung sind die Stützringe und die Zwischenringe an einem Ende einer diametralen Ebene geschlitzt, um ihnen einen ausreichenden Freiheitsgrad zu gehen, sich auszudehnen Oder zusammenzuziehen. Diese Schlitze können "beispielsweise schräg zu einer zur Ringachse senkrechten Ebene angeordnet sein und mit dieser einen Winkel von etwa 20° bilden. Bei den Stützringen können die Schlitze auch eine Schikane bilden,

Hach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an der Stützringkante, die an die Verbindungsfläche zwischen einer Seitenwand und dem Boden der Nut, in der die Dichtung angeordnet ist, angrenzt, eine Abschrägung vorgesehen, um übermäßige Belastungen des Rings und eine eventuelle gegenseitige Beeinflussung zwischen der Kante und der Verbindungsflache, die im allgemeinen abgerundet ist, zu vermeiden.

Der Dichtungsring kann jede beliebige herkömmliche Form aufweisen, da die zur Verhütung des Fließens verwendeten '.littel sich im Verlauf wiederholter Versuche als in allen Fällen wirksam erwiesen haben. Dennoch hat sich ein im Querschnitt rechteckiger Ring als in gewisser Hinsicht vorteilhaft erwiesen, da er wenig zu Verfor.üungen des Elastomers unter Druckwirkung neigt und daher einer Verschlechterung durch Ermüdung widersteht.

Die Werkstoffe, aus denen der Dichtungsring, der oder die Stützringe und der oder die Zwischenringe der Dichtung nach der Erfindung hergestellt sind, werden

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gemäß den Betriebsbedingungen der betreffenden Dichtung ausgewählt, ' - .

Der Werkstoff, aus dem der Dichtungsring besteht, muß insbesondere mit der verwendeten Hydraulikflüssigkeit unter den Betriebsbedingungen der Dichtung ver-~ träglich sein. Es können beispielsweise Kopolymere des Butadiens und des Akrylnitrils, Polymere des Chloroprene (ζ.B, das von der Firma Du Pont de Memours unter dem Warenzeichen "Neopren" vertriebene), Kopolymere des " Vinyliden- und Hexafluorpropenfiuorids (z.B. das von der Firma Du Pont "de Hemöürs unter dem Warenzeichen "Vi tion¹"' vertriebene) verwendet werden', "'" > ' · ■· *

Die Stützringe, deren. Rolle es.ist, sieh bei den . Relatiwer Schiebungen der Teile und/oder bei den Druckänderungen der Makrogeometrie der zu dichtenden Fläche anzupassen, müssen aus einem Material hergestellt sein, das ein Elastizitätsmodul und eine Fließfestigkeit auf weist , die ausreichen, unter den Betriebsbedingungen nur begrenzte und elastische Verformungen des Kings ohne die Möglichkeit des Fließens in die Hohlräume der benachbarten Teile zuzulassen. Der Reibungskoeffizient dieses Werkstoffs an der zu dichtenden Fläche soll verzugsweise so klein wie möglich sein. Als geeignete Werkstoffe können beispielsweise gediegene öder mit Zuschlagstoffen versetzte Acetalharzc (z.B. die von der Firma Du Pont de liemours unter dem Y/arenzeiehen "Delrin" vertriebene Harze) oder die Polyamidharze mit oder ohne Graphitzu— schlag verwendet '"erden, wobei bei diesen die Reibungen noch geringer sind als bei Acetalharzen» Ebenfalls verwendbar sind die sogenannten "thermostabilen" Harze wie die Polykarbonat-, Polyph.enyleno.xid — „ Polysulfon-, Polyimid- usw. - Harze, wobei diese Aufstellung nicht einschränkend ist.

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Me Zwischenringe müssen aus einem Werkstoff sein, der sowohl ausreichend steif ist, damit er nicht in die mikroskopischen Spielräume zwischen den Stützringen und der anzudichtenden Fläche fließt, als auch ausreichend geschmeidig ist, um sich innig an die zu dichtende Fläche anzuschmiegen und jegliches Fließen des aus Elastomer "bestehenden Dichtungsrings zu verhüten. Außerdem sollen die Zwischenringe jede Berührung zwischen Dichtungsringen und Stützringen, deren Härten sehr verschieden sind, verhindern, um eine Verschlechterung des Dichtungsrings zu verhüten, und sie müssen in ihrer Härte zwischen der des Dichtungsrings und. der des Stützrings liegen. Sie werden daher aus einem Werkstoff hergestellt, der einen ziemlich niedrigen Elastizitätsmodul, beispielsweise in der Größen-Ordnung von 5000 bis 6000 dal/cm hat und außerdem ein gewisses Anpassungsvermögen durch Fließen und gute Reibungseigenschaften aufweisen kann. Als für diese Verwendung besonders befriedigend hat sich das Polytetrafluoräthylen (z.B. das von der Firma Du Pont de Nemours unter dem Warenzeichen "Teflon" vertriebene Erzeugnis), gediegen oder mit geringen Zuschlägen, insbesondere von Graphit, Glas oder Molybdänbisulfid, erwiesen.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Darin sind

Fig. 1 und 2 schematische Schnittansichten von zwei Kolbendichtungen, und zwar im Axialschnitt, einfach bzw, doppelt wirkend,

Fig. 3 und 4 schematische Schnittansichten von zwei Stangendichtungen, und zwar im Axialschnitt, einfach bzw. doppelt wirkend,

Fig. 5 und 6 schematische Ansichten eines Stützrings oder eines Zwischenrings mit schrägem Schlitz in Richtung der Ringachse bzw. rechtwinklig dazu,

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Fig. 7 und 8 schematische Ansichten eines Stützrings mit Schikanenschlitz in Richtung der Ringachse bzw, rechtwinklig dazu,

Pig, 9 und 10 Teilansichten von Einzelheiten eines Stützrings im Axialschnitt bzw, in Aufsicht, und

Pig, 11 und 12 Ansichten entsprechend Pig, 9 und 10 eines Zwischenrings,

Nach Pig, 1 bis 4 gleitet ein Kolben 1 oder eine Stange 2 in einem Zylinder 3» der eine Hydraulikflüssigfc keit enthält, die im Pail eines einfach wirkenden Kolbens oder einer einfach \ wirkenden Stange (Pigr 1 und 3) Druck in Richtung des Pfeils P, oder im Pail eines doppelt wirkenden Kolbens oder einer doppelt wirkenden Stange (Pig, 2 und 4) abwechselnd Druck in Richtung der Pfeile P₁ und P₂ (Pig. 2 und 4) ausübt. Die Dichtung nach der Erfindung ist in einer Ringnut angeordnet, die in den Kolben (Pig, 1 und 2) bzw, in den Zylinder (Pig. 3 und 4) eingelassen ist.

Diese Dichtung besteht im wesentlichen aus einem Dichtungsring 5, an dessen einer Seite oder zu dessen beiden Seiten, je nachdem, ob der Kolben oder die Stange k einfach oder doppelt wirkend sind, jeweils ein Stützring 6 angeordnet ist, der gegen eine Wand der Nut 4 anliegt, und aus einem Zwischenring 7, der zwischen den Dichtungsringen 5 und den Stützringen 6 angeordnet ist. Die Art der Werkstoffe, aus denen die Ringe 5, 6 und 7 bestehen, sowie ihre jeweiligen Punktionen sind bereits nben angegeben worden.

Der Stützring 6 weist eine Abschrägung 6a auf, die der abgerundeten Fläche gegenüberliegt, mit der die anliegende Wand der Nut 4 in den Boden dieser Nut übergeht.

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Y/ie bereits gesagt, sind die Stützringe 6 und die Zwischenringe 7 diametral geschlitzt, damit sie sich einer Ausdehnung oder einer Zusammenziehung anpassen können. Pig. 5 und 6 zeigen einen für diesen Zweck "besonders ge eigne ten Schiit ζ typ, ·. _;._; ." .

_j bei dem der Schlitz- 8 schräg zur Mittel- ; ebene des Rings geführt ist und mit dieser einen Winkel β in der Größenordnung von 20° bildet.

Pig. 7 und 8 zeigen eine weitere Schlitzart, mit Schikane, die für ,die .Stützringe ,6 -verwendbar ist. . Bei dieser Ausführungsform überdecken, sich die.den . Schlitz 9 begrenzenden Seile des -Rings teilweise· ^und bilden ,dabei .eine Schikane. Die Uneben diesel !Eeile sind auf der Seite des Zwischenrings J.· gauges σ1αχ&£±. Der Winkel f zwischen-der Abschrägung .und der Ebene des ₌ ■ Rings liegt zwischen etwa 30° und 45· ·, . . , -

Bei "gewissen Anwendungen kann man'auf das Schlitzen der Ringe 6 und 7 verzichten, ohne deswegen den· Rahmen der Erfindung zu verlassen. ■ ^: -.·■"■■

Damit die Stützringe 6 sieh innig gegen die abzudichtende Pläche anlegen^ ist auf· diesen Ringen auf der dem Zwischenring 7 zugewandten Seite eine Einsehrägung

10 {i^?ig. 9 und 10)-vorgesehen. Der '.Yinkel ctC , den diese Einschrägung mit der Ebene des Stützrings bildet, liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 7 bis 15°* je n$ch dem Reibungskoeffizienten des Stützrings 6 auf der Planke der liut-4| um zu vermeiden, daß eine übermäßige Kraft ausgeübt wird, die die Yersehleißgeschwin.iigkeit des Stützrings erhöhen würde.

In anal«_,:er Weise waist der '· wischenriiig 7 auf der Seite des Stützrings 6 vorzugswejse eine Aueschrägung

11 auf, die nit der Ebene des Hings ebenfalls einen Winkel<C bildet, um ein zur entsprechenden Pläche des Stützrings 6 komplementäres Profil zu bieten und den Zwischenring 7 auf seiner ganzen Dicke vollkommen gegen

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die abzudichtende Fläche anliegen zu lassen. Diese Anordnung wird notwendig, um jegliches Fließen des Dichtungsrings 5 zu verhüten, sobald die Dicke des Zwischenrings 7 einen, gewissen Wert unterschreitet, beispielsweise in der Größenordnung von 0,4 bis 0,8 mm . in den angestellten Versuchen bei- den verschiedenen Ausführungsformen.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Dichtung nach der Erfindung im einzelnen beschrieben. Das Beispiel dient nur zur Erläuterung der Erfindung,

W ' BEISPIEL

Dies Beispiel bezieht sich auf eine doppelt wirkende Kolbendichtung der in Fig. 2 dargestellten Art.

Das Lager dieser Dichtung war eine Norm-Hut für. eine torische Dichtung mit doppeltem Gegenring aus Polytetrafluoräthylen. Die Arbeitsbedingungen waren wie folgt:

Temperatur: -25° bis +120° C, Druck: 280 bar.

Hydraulikflüssigkeit: Polysiloxanne für hohe

Temperaturen mit verschiedenen Additiven,

P unter dem Warenzeichen OROlTITE M2V von

der Firma Chevron Chemical Company vertrieben.

Hub: 440 mm.

Diametrale Schwellung des Zylinders bei Druck; 0,25 mm.

Die funktionell wichtigen Merkmale der Bestandteile der Dichtung waren die folgenden:

Durchmesser der Bohrung: 90 mm.

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Breite der Uut: 10,9 mm,

Dichtungsrings Werkstoff: Viton (Warenzeichen) mit

einer Härte von 80 Shore A,
Querschnitt: rechteckig ohne Abschrägung.

Dicke: 4 mm (Maß parallel zu seiner Achse),

Nominales Übermaß (serrage nominal) auf dem Zylinder/ 0,70 mm.

Werkstoff: Polyamid (Marke ¹¹WyIon
Technyl A208" der Societe Rhodiaceta) Außendurchmesser vor dem Schlitzen: 90,3 mm.
Maximale Dicke: 1,9 mm.

Stützringe:

EinschrägungswinkelX
Gerader Schlitz in 22
in Fig, 5 und 6,

= 8

in der Art wie

Zwischenringe: Werkstoff: gediegenes Polytetra-

fluoräthylen.

Außendurchmesser vor dem Schlitzen: 90,3 mm.
Dicke: 0,8 mm.
- Parallelogrammquerschnitt, Aus-

schrägung „6 = 8 Schlitz in 22^r Fig. 5 und 6,

in der Art wie in

Dieser Dichtungstyp ermöglichte lecklose Dauerbelaslungen von 15 000 bis 20 000 Arbeitsspielen mit Einheitsbelastungen von 50 bis 100 daF. Diese Dichtung ist verwendbar bis unter -40° G, wenn sie durch eine Sekundär stufe zur Rückgewinnung der Leckflüssigkeit unter
schwachem Druck vervollständigt wird.

Das Ersetzen des Dichtungsrings aus "Viton"
in dieser Dichtung durch einen Dichtungsring aus

Nitrilelastomer der Härte Shore A 80 hat unter den

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.-■-.- ίο -

gleichen Bedingungen ein leckfreies Arbeiten bis weniger als —40 0 ermöglicht.

Das Ersetzen der Stützringe aus Polyamid in dieser Dichtung durch Stützringe aus Polyacetalharz (Marke Delrin 150 der Firma Du Pont de Femours) hat unter den gleichen Bedingungen benachbart liegende Resultate ergeben, jedoch mit höheren Reibungswerten in der G-rößenordnung von 100 bis 150 daST,

Pat e nta awälta Qipl.-Ing. Hellmuth Kosel Drpl.-Ing. Horst Rose DipL-Ing. Peter Kosel

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Claims (8)

1. DJPL-ING. HELLMUTH KOSEL DIPL-ING. HORST ROSE DIPL-INGf. *EtEinCD5EL

   PATENTANWÄLTE

   3353 Bedo-d·*** 6. Januar 1969"

   Braunschweiger Straße 22

   Telefon: (05382) 2842

   Telegramm-Adresse: Siedpatent Bad Gandersheim

   MESSIER SociSte Anonyme
   Patentgesuch vom 6. Januar 1969

   Patentansprüche

   1J Gleitende Dichtung für einen beweglichen Teil, insbesondere an hydraulischen Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Dichtungsring (5) aus einem Elastomer und eine Anordnung aus mehreren Ringen auf derjenigen Seite des Dichtungsrings, die der Y/irkungsrichtung des hydraulischen Drucks entgegengesetzt ist, bei einfach wirkender Dichtung oder zu beiden Seiten des Dichtungsrings bei doppelt wirkender Dichtung aufweist und diese Hinganordnung aus einem aus einem harten, gelten Fließen widerstandsfähigen Werkstoff hergestellten Sützring (6) und einem Zwischenring (7) aus einem Werkstoff besteht, dessen Härte und Elastizität zwischen denen des Stützrings und denen des Dichtungsrings liegt, wobei der Stützring mit einer im wesentlichen planen Stirnseite in .Berührung mit einer seitlichen Wand des Sitzes (4) der Dichtung steht, während der Zwischenring (7) zwischen dem Dichtungsring (5) und dem Stützring (6) angeordnet ist, zwei im wesentlichen plane, zueinander parallele und in bezug auf die seitlichen Stirnflächen des Dichtungsrings geneigte seitliche Stirnflächen aufweist und mit einer dieser seitlichen Stirnflächen mit einer planen Stirnfläche des Stützrin^s in Berührung steht.

   2506/18 Rg.

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2. 2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (5) wenigstens angenähert rechteckigen Querschnitt aufweist.
3. 3. Dichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,' dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen des Stützrings (6) und des Zwischenrings (7) eine Schrägung (10,11) aufweisen, die mit den seitlichen Stirnflächen dieser Ringe einen Winkel zwischen 7° und 15° bilden, so daß der auf den Stützring (6) ausgeübte hydraulische Druck den Stützring radial belastet und ihn fest gegen die abzudichtende Fläche andrückt.
4. 4. Dichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (6) und/oder der Zwischenring (7) in einer diametralen Ebene (8) geschlitzt sind.
5. 5. Dichtung nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (8) des Stützrings (6) und/oder des Zwischenrings (7) in einer zu den Berührungsflächen dieser Ringe schrägliegenden Ebene angeordnet sind, die mit den Berührungsflächen einen Winkel in der Größenordnung von ungefähr 20° bildet.
6. 6. Dichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz des Stützrings eine Schikane (9) bildet.
7. 7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an die Schikane (9) anschließenden Teile des Stützrings (6) auf der Seite des Zwischenrings (7) abgeschrägt sind, wobei der Winkel (/* ) zwischen der Abschrägung und der entsprechenden seitlichen Stirnfläche des Rings Vorzugsweise zwischen 30° und 45 liegt.

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8. 8. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (6) eine Abschrägung (6a) aufweist, die der Verbindungsfläche zwischen der angrenzenden Seitenwand des Sitzes (4) der Dichtung und dem .Boden des Sitzes zugewandt ist.

   Patentanwälte
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