DE19522580A1 - Kolben-Dichtungsanordnung für einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Dichtungsanordnung für einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder, bestehend aus vorzugsweise zwei in den Kolbenumfang eingelegten Dichtungen, wobei jede der Dichtungen in jeweils einer umlaufenden Vertiefung in den Kolbenumfang eingelegt ist, und jeweils eine dynamische und eine statische Dichtlippe aufweist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Dichtungsanordnungen der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik für Ar­ beitszylinder mit Arbeitskolben vielfach bekannt. Die Erfindung geht dabei von einer Kolben-Dichtungsanordnung als bekannt aus, bei der vorzugsweise zwei Dichtungen bzw. zwei Dichtringe axial gesehen hintereinander angeordnet sind. Dabei liegt jede dieser Dichtungen in jeweils einer umlaufenden Vertiefung in dem Kolbenumfang ein. Jeder der Dichtringe weist zwei Dichtlippen auf, die erst im Querschnitt der Dichtung bzw. der Dichtringe erkennbar sind. Über einen gemeinsamen Rücken sind die beiden Dichtlippen miteinander verbunden, bei der die äußere, die dynamische Dichtlippe, an der Zylinderinnenwand des Arbeitszylinders anliegt. Die andere, statische Dichtlippe, liegt am Boden bzw. am Grund der Vertiefung am Umfang des Arbeitskolbens an. Über den gemeinsamen Rücken mit einander verbunden können die beiden Dichtlip­ pen Relativbewegungen zueinander ausführen, die abhängig von der Druckbeauf­ schlagung und auch abhängig von der Bewegungsrichtung des Kolbens sind. Die Tat­ sache, daß diese Dichtungen flexibel sind und auch unter Druckeinfluß stehen, bildet sich beim Verfahren des Kolbens im Arbeitszylinder zwischen den beiden Dichtungen ein Schleppdruck aus. Dieser Schleppdruck entsteht durch geringfügige Undichtigkei­ ten zwischen Dichtung und Zylinderrohrinnenwand. Wird beispielsweise der Kolben in Richtung einer der Arbeitszylinderbegrenzungen d. h. eines Zylinderdeckels gefahren, oder liegt quasi in der Endposition an, so fällt der abluftseitige Druck im zu entlüften­ den Zylinderraumabschnitt schlagartig ab. Die antreibende Kraft ist ausschließlich im übrigen Zylinderraum. Es verbleibt jedoch oftmals in dem kleinen Restraum zwischen den beiden Dichtringen des Arbeitszylinders ein Volumen mit der entsprechenden Schleppdruckbeaufschlagung. Wird nun in einer Anschlagposition der entsprechende Zylinderraum schnell entlüftet, so kommt es zwischen dem Dichtungszwischenraum und dem entlüfteten Zylinderraumabschnitt zu einem hohen Differenzdruck, der zu ei­ ner Kippung der/des Dichtringe(s) führt. Je nach Betriebssituation kann dabei die Dichtung sogar vom Grund der Vertiefung vollständig abgehoben werden. Es kommt dann bei einer Umsteuerung des Arbeitszylinders dazu, daß sich die statische Dicht­ lippe nicht wieder richtig an die Zylinderwandung und/oder an den Grund der umlau­ fenden Vertiefung am Kolben anlegt. Ist beim Umsteuern nun der Druck in dem zuvor entlüfteten Zylinderraumabschnitt nach dem Entlüften, d. h. beim Belüften, höher, als in dem Volumen zwischen den beiden Dichtringen, so bewegt sich der Dichtring in Richtung des kleineren Druckes. Es kommt dann zu einer Undichtigkeit zwischen dem belüfteten und dem entlüfteten Zylinderraumabschnitt, d. h. der Kolben wird durch die sich nicht wieder in die ursprüngliche Position bewegenden Dichtringe quasi über­ strömt. Mit dem vorliegenden Druckverlust verringert sich schlagartig der Wirkungs­ grad des Arbeitszylinders.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche Fehlfunktion, d. h. die Kippung des oder der Dichtringe am Kolben zu verhindern, und damit die Umströmung des Arbeitskolbens zu vermeiden.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Dichtungsanordnung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Kolbendichtung im Rückenbereich hinter der dynamischen Dichtlippe mindestens eine zur Kolbenhubachse weitgehend parallel verlaufende Entlüftungsnut auf. Dadurch ist gewährleistet, daß sich kein Diffe­ renzdruck zwischen dem Raum der beiden Dichtungen und dem jeweils in Endposition schlagartig entlüfteten Zylinderraumabschnitt bilden kann. Mit dieser quasi gleichzeiti­ gen Mitentlüftung des Dichtungszwischenraumes mit dem entlüfteten Zylinderraumab­ schnitt wird kein Kippmoment mehr auf die Dichtungen ausgeübt. Die Dichtung bleibt also auch in dieser Betriebssituation in ihrer Soll-Lage. Um zu verhindern, daß sich bei einer dennoch möglichen, durch Reibung bedingten Verkippung des Dichtringes die statische Dichtlippe nicht wieder an den Grund der umlaufenden Vertiefungen im Kol­ ben anlegt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zusätzlich im Bereich des Außen­ randes der statischen Dichtlippe mindestens eine zur Kolbenhubachse weitgehend senkrecht verlaufende Entlüftungsnut angeordnet ist.

Zum einen wird dann auf erfindungsgemäße Weise erreicht, daß die dynamische Dichtlippe immer, d. h. auch in Umsteuerungs- oder Entlüftungssituationen des Ar­ beitszylinders optimal an der Zylinderwandung anliegt, und daß sich bei einem mögli­ cherweise doch leicht aus der Vertiefung abhebenden Betriebssituation der Dichtung dieselbe durch eine Entlüftung durch die senkrecht verlaufende Entlüftungsnut hin­ durch gewährleistet ist. Die Dichtung kann somit aus jeder Betriebslage wieder in ihre Sollposition, sprich in ihre Soll-Dicht-Position zurückkehren.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder, bestehend aus einem Zylinder­ rohr 7 und zwei Zylinderdeckeln 3 und 4, sowie einem im Zylinderraum geführten Kol­ ben 8 mit einer Kolbenstange 10. Am Umfang des Kolbens sind umlaufende Vertiefun­ gen angeordnet, in denen die beiden Dichtringe 1 und 2 einliegen. Begrenzt werden die umlaufenden Vertiefungen am Kolbenaußenumfang zum einen durch Hinter­ schneidungen der jeweiligen Kolbenhälfte, und zum anderen werden die beiden Vertie­ fungen voneinander getrennt durch ein Ringelement 11, welches zwischen den beiden Kolbenhälften angeordnet ist. Zwischen den beiden Dichtringen 1 und 2 ist ein Volu­ men 9 eingeschlossen.

Fig. 2 zeigt die Dichtung 1 aus Fig. 1 in verschiedenen Betriebssituationen. Wird der Kolben 8 in Richtung des Zylinderdeckels 3 (siehe Fig. 1) zubewegt, bzw. trifft der Kolben auf den Deckel 3 auf, so fällt der abluftseitige Druck in dem in Fig. 1 darge­ stellten Zylinderraumabschnitt 5 schlagartig ab. Stellt sich nun in dem Volumen 9 zwi­ schen den beiden Dichtringen in Bezug auf den entlüfteten Zylinderraumabschnitt 5 ein hoher Differenzdruck ein, so neigen die Dichtungen zum Kippen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, oder der Dichtring wird vom Grund der umlaufenden Vertiefung am Umfang des Kolbens vollständig abgehoben, wie dies Fig. 3 zeigt. In beiden Situatio­ nen wird das Volumen 9 zwischen den beiden Dichtungen abgedichtet gehalten. Wird jetzt beim Umsteuern des Arbeitszylinders der zuvor entlüftete Zylinderraumabschnitt 5 wieder belüftet, legt sich, wie in Fig. 2 zu sehen ist, die dynamische Dichtlippe nicht wieder an die Zylinderwandung 7 an. Wird durch die obige Betriebssituation entweder zusätzlich oder anstelle der Situation nach Fig. 2 eine Situation nach Fig. 3, d. h. ein Abheben des Dichtringes verursacht, so legt sich auch nach dem Umsteuern diese statische Dichtlippe nicht wieder an den Grund der umlaufenden Kolbenvertiefung an. Ist nun der Druck in dem Zylinderabschnitt 5 geringfügig höher, als in dem Volumen zwischen den beiden Dichtringen, so entsteht eine Undichtigkeit von dem druckbeauf­ schlagten Zylinderraumabschnitt 5 über dieses Volumen 9 hin zu dem jetzt entlüfteten Zylinderraumabschnitt 6 (aus Fig. 1). Dabei bewegt sich der Dichtring in Richtung des kleineren Druckes.

Um die beiden Fehlzustände, die zu einer Überströmung und damit zu einem Wir­ kungsgradverlust des Kolbens führen, zu vermeiden, sind in erfindungsgemäßer Weise nach Fig. 5 Entlüftungsnuten angeordnet. Die Fehlbetriebszustände nach Fig. 2 und 3 können dabei entweder getrennt oder gemeinsam auftreten. Die Entlüftungsnut am Rücken der Dichtung bewirkt, daß in dem erstbeschriebenen Fall, daß wenn der Kol­ ben 8 in Richtung des Zylinderdeckels 3 gefahren wird und an demselben zur Anlage kommt und zu einer schlagartigen Entlüftung des Zylinderraumabschnittes 5 führt, der Zwischenraum zwischen den beiden Dichtringen gleichzeitig mit dem Zylinderraumab­ schnitt 5 entlüftet wird. Dabei wird keine Druckdifferenz mehr zwischen dem Volumen 9 und dem entlüfteten Zylinderraumabschnitt 5 bewirkt. Die dynamische Dichtlippe bleibt somit in ihrer Sollposition, d. h. an der Zylinderwandung 7 anliegend. Bei einer Umsteuerung sitzt die Dichtung somit immer noch optimal. Um den Fehlzustand nach Fig. 3 zu vermeiden, ist die Dichtung gemäß Fig. 5 erfindungsgemäß zusätzlich da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Außenrandes der statischen Dichtlippe mindestens eine zur Kolbenhubachse weitgehend senkrecht verlaufende Entlüftungs­ nut angeordnet ist. Somit kommt es auch beim Umsteuern oder beim schlagartigen Entlüften wie im o. g. Fall nicht mehr zu einer dauerhaften Abhebung des Dichtringes, die ja durch die Druckdifferenz zwischen dem Volumen 9 und dem Zylinderraumab­ schnitt 5 hervorgerufen wird. Auch hierbei wird, selbst, wenn die Dichtung vom Grund der umlaufenden Vertiefung abhebt, das Volumen 9 über diese Nut gemeinsam und gleichzeitig mit dem Zylinderraumabschnitt 5 entlüftet. Falls die Dichtung also kurzzei­ tig je nach mechanischer Belastung abheben sollte, wird diese sofort wieder in die Soll-Lage zurückkehren. Gemäß Fig. 5 ist es somit erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn sowohl die parallel zur Kolbenhubachse verlaufende Nut als auch die senkrecht zur Kolbenhubachse verlaufende Nut gemeinsam an einem Dichtring angeordnet sind. Dadurch sind zuverlässig beide Fehlsituationen dauerhaft vermieden.

Claims (2)

1. Kolben-Dichtungsanordnung für einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder, mit vorzugsweise zwei in den Kolbenumfang eingelegten Dichtungen, wobei jede der Dichtungen in jeweils einer umlaufenden Vertiefung in den Kolbenumfang eingelegt ist, und jeweils eine dynamische an der Zylinderinnenwand des Ar­ beitszylinders und eine statische am Grund der umlaufenden Vertiefung anlie­ gende Dichtlippe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückenbereich hinter der dynamischen Dichtlippe zur Kolbenhubachse weitgehend parallel verlaufend mindestens eine Entlüftungsnut, und daß im Be­ reich des Außenrandes der statischen Dichtlippe zur Kolbenhubachse weitge­ hend senkrecht verlaufend mindestens eine weitere Entlüftungsnut angeordnet ist.

2. Kolben-Dichtungsanordnung für einen doppelt wirkenden Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung einstückig ausgebildet ist und aus flexiblem Werkstoff besteht.