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Dichtungspackung zur Spaltabdichtung Die Erfindung betrifft eine
Dichtungspackung zur Spaltabdichtung, insbesondere zur Abdichtung für Kolben und
Kolbenstangen, gegenüber hydraulischen oder pneumatischen Drücken, mit einer Folge
von Dichtringen aus gummielastischem Werkstoff, die jeweils durch mindestens eine
Stützscheibe voneinander getrennt sind.
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Dichteinrichtungen der vorstehend geschiiderten Gattung sind bekannt.
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So beschreibt z. B. die deutsche Auslegeschrift 1 252 487 ein Dichtungspaket,
bei
de- eine Anzahl von jeWeils aurcn Stützringe oder Stützscheiben voneinander getrennten
Dichtringen hirt:ereinander angeordnet ist, Die Dichtringe liegen mit ihren Umfangsflächen
an den kreiszylindrischen, abzudichtenden Flächen, insbesondere trocken laufenden
Kolben oder Kolbenstangen, an. Die Stützscheiben, die ein Herausziehen der Dichtringe
aus den zwischen den Stützscheiben gebildeten Nuten verhindern sollen, sind an ihren
den abzudichtenden Zylinderflächen zugewendeten Flächen konisch ausgebildet und
liegen mit ihrer "scharfen" Kante an den Dichtringen an. Außerdem halten die Stützscheiben
gegen diese Zylinderfläche ein minimales Laufspiel ein.
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Die Dicht- und Stützscheiben sind zusammen in je einem Abstand halten
den und dabei eine Ringnut bildenden Trägerring eingesetzt.
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}Bs st;l weiterhin Dichtungspakete bekannt, bei denen abwechselnd
aus Dichtmaterial bestehende, kreisförmige Scheiben mit Stahl scheiben gleichen
Durchmessers zu einer Packung verspannt sind. Durch die Verspannung werden die Dichtscheiben
komprimiert, so daß sie über den Umfang der dazwischenliegenden Stahlscheiben hinaustreten
und dadurch eine Dichtwirkung beim axialen Gleiten an der abzudichtenden Zylinderfläche
entfalten. Diese Dichtwirkung ist jedoch insofern unvollkommen, als durch das- Herauspressen
des DichtungsmateriaIs zwischen den Stahlscheiben torusförmige Umfangsflächen der
Dichtscheiben entstehen. Dadurch vermögen die einseitig auf das Dichtungspaket wirkenden
hydraulischen oder pneumatischen Drücke in die auf diese Weise hervorgerufenen,
im Querschnitt annähernd keilförmigen Spalte vor den Dichtflächen einzudringen und
die Dichtung relativ leicht von der Wand abzudrängen. Diese Dichtungen sind somit
zur Abdichtung höherer Drücke in der Größenordnung von bis zu 100 atü nicht geeignet
und benOtit überdies auch bei Abdichtung niedrigerer Drücke eine relativ
große
Baulänge des Pakets.
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Bei der erstgenannten Dichtungspackung gemäß der DAS 1 252 487 wird
durch die Anordnung der an ihren Außenflächen konischen Stützscheiben ein Herausziehen
der Dichtringe verhindert und es wird für eine Anlage der kreiszylindrischen Umfangsfläche
der Dichtringe an der abzudichtenden Fläche gesorgt. Die Ausbildung der Stützscheiben
mit ihrer konischen Außenfläche und ihr erforderliches geringes Laufspiel gegenüber
der abzudichtenden Fläche sowie die Anordnung dieser Dichtungskombination in eigenen
Tragringen sind jedoch relativ teuer und aufwendig.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Dichtungspackung der eingangs genannten Art zur Abdichtung gegenüber
hydraulischen oder pneumatischen Drücken vor -zuschlagen, bei der eine einwandfreie
Abdichtung auch bei hohen Drücken gewährleistet ist und die darüber hinaus einfach
und billig herstellbar ist und eine-hohe Lebensdauer hat. Diese Aufgabe wird dadurch
gelöst, daß die Stützscheiben eine Dicke von höchstens der Hälfte der Dichtringe
besitzen, mit ihrem der abzudichtenden Fläche abgewendeten Rand an einer Gegenfläche
geführt sind und gegenüber der abzudichtenden Fläche ein Spiel von etwa dem 0, 8-fachen
bis zum 1, 2-fachen der Dicke der Dichtringe aufweisen.
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Zweckmäßigerweise bestehen die Stützscheiben aus einem Werkstoff
2 sehr hoher Festigkeit, z B. Stahl von 140 bis 160 kp/mm Weitere Einzelheiten~-and
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Béschreibung bevorzugter
Ausführungsformen und anhand
der beiliegenden Zeichnung. Hierin
zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform betreffend die Abdichtung
einer Kolbenstange; Fig. 2 einen Schnitt durch-eine zweite bevorzugte Ausführungsform
betreffend die Abdichtung eines Kolbens; Fig. 3 Schnitte durch drei bevorzugte Ausführungsformen
von Dichtringen.
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Wie Fig. 1 zu entnehmen, ist in einem Dichtungsgehäuse 1 ein Dichtungspaket
2 angeordnet, welches gegen einen Bund 3 desDichtungsgehauses 1 einerseits und gegen
eine ringförmige, einstellbare Scheibe 4 andererseits anliegt, die mit dem Dichtungsgehäuse
1 verschraubt ist. Das Dichtungspaket 4 besteht aus mehreren Dichtringen 5 aus gummielastischem
Dichtwerkstoff, die jeweils durch ringförmige Stahlscheiben 6 (Stützscheiben) voneinander
getrennt sind. Die Dichtringe 5 liegen dichtend mit ihren äußeren Umfangsflächen
gegen die Innenwandung des Dichtungsgehäuses 1 und mit ihren inneren Umfangsflächenan
einer Kolbenstange 7 an, die in Achsrichtung beweglich ist. Durch das Dichtungspaket
wird ein Raum mit einem hohen Druck P1 - gegenüber einem Raum mit einem niedrigen
Druck P2 abgedichtet.
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Die die Dichtringe- 5 voneinander trennenden Stahlscheiben 6 besitzen
-vorzugsweise eine Dicke von 1/5 der Dicke der Dichtringe 5. Der Außendurchmesser
der Stahlscheiben 6 ist so bemessen, daß sie durch die knenwandung des Dichtungsgehäuses
2 geführt sind und hieran anliegen. Konzentrisch zur Achse der Kolbenstange 7 sind
in den Stahlscheiben
6 Bohrungen 8 angeordnet, deren Durchmesser
derart gewählt ist, daß ein bestimmtes Spiel 9 zwischen der Innenwandung der Bohrungen
8 und der Außenwandung der Kolbenstange besteht. Das Spiel 9 ist vorzugsweise genauso
groß wie die Dicke der die Stützscheiben bildenden Stahlscheiben 6. Es ist empfehlenswert,
die Festigkeit des für die Stahlscheiben verwendeten Stahles sehr hoch zu wählen,
damit diese die auftretenden Belastungen, z.B. infolge der unterschiedlichen Drücke,
ohne Verformung zu übertragen vermögen und die Dichtringe 5 die gewünschte Abdichtfunktion
ausüben. So ist z.B. Feder-2 stahl mit einer Festigkeit von 140 - 160 kp/mm geeignet.
Als Werkstoff für die Dichtringe 5 empfiehlt sich ein gummielastischer Dichtwerkstoff
mit einer Shorehärte von 80 bis 100, insbesondere 90. Ein derartiger Werkstoff wird
unter dem Handelsnamen "Perbunan" vertrieben.
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Die Dichtringe 5 sind ebenfalls mit zur Achse der Kolbenstange 7 konzentrischen
Bohrungen versehen, deren Durchmesser jedoch geringfügig kleiner ist als der Durchmesser
der Kolbenstange 7, so daß eine gewisse radiale Vorspannung der Dichtringe 5 in
Richtung auf die Ober -fläche der Kolbenstange 7 erzeugt wird. Entsprechend können
auch die äußeren Abmessungen der Dichtringe 5 geringfügig größer gewählt werden
als die Abmessungen der Innenwandung des Dichtungsgehäuses 1.
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Anstelle dieser geringen Über maße, die nicht unwesentlich zur Erzeugung
einer guten Dichtwirkung beitragen, können die Dichtringe auch bündig eingesetzt
und sodann durch die Scheibe 4 in axialer Richtung etwas verspannt werden, wodurch
sich ebenfalls radiale Vorspannkrafte ergeben. Die axiale Vorspannung darf jedoch
nicht so gewählt werden, daß eine wulstartige Verformung der inneren Teile der Dichtringe
5 im
Bereich des Spieles 9 zwischen den Stahlscheiben 6 und der
Kolbenstange 7 verursacht wird.
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In Fig. list mit ausgezogenen Linien die Lage der Dichtringe im drucklosen
Zustand dargestellt, während die strichlierten Linien die Lage der Dichtringe bei
Druckbeaufschlagung zeigen. Wie hierbei ersichtlich,"kippen" die inneren Teile der
Dichtringe 5 unter Einwirkung des Druckes P1 etwas ab, so daß ein einwandfreier
Dichtrand - siehe bei A in Fig; - entsteht und eine gute Abdichtung gewährleistet
ist.
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In dieser abgekippten Lage nirnmt die Innenwandung der Bohrung der
Dichtringe 5 eine gegenüber der Oberfläche der Kolbenstange geneigte Lage ein. Wie
Versuche ergeben haben, ist die Größe der Neigung von großer Bedeutung. Die Größe
der Neigung wird durch die Verhältnisse der Dicken der Dichtringe und Stützscheiben
zueinander und zu der Größe des Spieles beeinflußt. Wie ebenfalls versuchsmäßig
festgestellt werden konnte, ergeben sich besonders günstige Werte, wenn die Dicke
der Dichtringe fünfmal so groß ist wie die Dicke der Stützscheiben und der Größe
des Spieles entspricht.
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Die Stützscheiben können jedoch eine Dicke von höchstens der Hälfte
der Dichtringe besitzen. Das Spiel kann das 0, 8- bis 1, 2-fache der Dicke der Dichtringe
betragen. Im jeweiligen Anwendungsfall können die Verhältnisse innerhalb der vorgenannten
Bereiche durch einfache Versuche derart gewählt werden, daß sich jeweils optimale
Dichtwerte in Verbindung mit einer hohen Lebensdauer ergeben. Zu beachtende Einflußgrößen
sind hierbei die Härte des Dichtwerkstoffes und gegebenenfalls auch der Durchmesser
der Kolbenstange.
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In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches
die
Abdichtung eines Kolbens betrifft und entsprechend dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 ausgebildet ist. Die einander entsprechenden Teile sind mit denselben
Bezugszeichen, jedoch mit einem Beistrich versehen. Da das Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 2 analog zu dem gemäß Fig. 1 ausgebildet ist, kann auf eine eingehende Beschreibung
verzichtet werden. Es sei nur darauf hingewiesen, daß der Kolbenstange 7 gemäß Fig.
1 der Zylinder 7' gemäß Fig. 2 und dem Dichtungsgehäuse 1 gemäß Fig. 1 der Kolben
1' emäß Fig. 2 entspricht und daß die Dichtungs- und Stützringe in einer ringförmigen
Nut des Kolbens angeordnet sind.
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Aus Fig. 3 sind verschiedene Formgebungen der Innenbohrung der Dichtringe
ersichtlich. Mittels der erfindungsgemäßen Dichtung ergibt sich der Vorteil einer
einwandfreien Abdichtung auch bei hohen Drücken in Verbindung mit einer sehr hohen
Lebensdauer. Ferner ist sehr vorteilhaft, daß die Herstellungskosten äußerst niedrig
sind, da nur einfach herzustellende Teile verwendet werden und keine genauen Fertigungstoleranzen
eingehalten werden müssen. Vorteilhaft ist auch, daß die axiale Baulänge der erfindungsgemäßen
Dichtung sehr gering ist was unter anderem darauf zurückzuführen ist, daß die Dicke
der Stützscheiben relativ klein ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgernårien
Dichtung ist darin zu sehen, daß die Reibung in der Dichtfläche sehr klein ist.
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In Abwandlung von den dargestellten Ausführungsbeispielen können gegebenenfalls
anstelle jeweils einer Stahlscheibe zwei entsprechend dünnere Stahlscheiben zur
Anwendung gelangen. In weiterer Abwandlung kann die erfindungsgemäße Dichtung auch
zur Abdichtung von nicht kreisförmigen, d. h. eckigen Flächen benutzt werden, was
sowohl für
die Abdichtung einer Eolbenstange als auch für die Abdichtung
eines Kolbens gilt. Hierbei kann z. B. die Kolbenstange gemäß Fig. 1 einen sechseckigen
Querschnitt haben, während die Dichtringe und Stützscheiben mit kreisrunden Bohrungen
versehen sind. Entsprechendes gilt für die Abdichtung gegenüber der Innenwandung
einer im Querschnitt eckig ausgebildeten Hülse.