DE19624346C2 - Hochdruckabdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckabdichtung zwischen einem Kolben und einer Kammer mit angepaßtem Querschnitt, wobei der Kolben mindestens während der Druckphase durch eine Hemmung an einer schnellen Verschiebung innerhalb der Kammer gehindert ist.

Der Kolben und die Innenwandung der Kammer sind im Querschnitt einander angepaßt. Der Kol­ ben ist normalerweise gleitend innerhalb der Kammer verschiebbar. Der Querschnitt kann kreisförmig, oval, quadratisch, mehreckig oder dergleichen sein.

Es tritt vielfach das Problem auf, eine durch einen Kolben abgeschlossene Kammer während einer Druckphase gegen gasförmige oder flüssige Medien abzudichten. Dieses gilt für Zylinderkammern von Verbrennungsmotoren oder für Verschlußkammern von Waffen, insbesondere für hülsenlose Munition, oder für im Impulsbetrieb arbeitende Fördereinrichtungen für Flüssigkeiten wie Schmiersysteme. Aufge­ schnittene Ringe oder konische Passungen sind unzureichend und unterliegen hohem Verschleiß, da sie ständig im Reibeingriff mit der Kammerwandung sind bzw. durch Verbrennungsrückstände und Schmutzpartikel undicht und/oder in ihrer Funktion gestört werden.

Eine Dichtung zum Abdichten eines Kolbens innerhalb einer Kammer ist z. B. aus der DE-PS 1 92 309 bekannt. Dort wird eine dünnwandige Schraubenfeder verwendet, die sich bzgl. ihrer Dichtflächen selbsttätig nachstellen soll.

Ein Dichtring aus wenig elastischem Material ist in der DE-AS 12 68 459 beschrieben. Dieser weist an der Gegendichtfläche anliegende balgfaltenähnliche Dehnungstaschen auf, die, ggf. unter Mitwirkung einer Feder, eine verbesserte Dichtwirkung erzielen sollen.

In der US 4,196,909 wird zum Fördern aggressiver Medien eine gewölbte Dichtkappe aus Kunststoff vorgeschlagen, die sich bei Druckbeaufschlagung mit ihrer Dichtfläche gegen die Kammerwan­ dung legt, während die US 2,807,483 eine Zapfenlagerdichtung zeigt, deren innere Dichtlippe durch eine Feder mehr oder weniger stark gegen den Zapfen gedrückt wird.

Radial sich bei Druckbeaufschlagung weitende Federkörper, die in Umfangsrichtung gewellt sind, sind z. B. aus der DE 26 00 946 A1 oder der US 4,711,434 bekannt. Derartige Federkörper sind zum Einsatz bei hydraulischen Teleskopschwingungsdämpfern bzw. als Unterlegscheiben vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer sicheren und verschleißarmen Hochdruckab­ dichtung.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß innerhalb der Kammer auf der ebenen Stirnfläche des Kolbens mindestens eine Wellscheibe aus Federwerkstoff aufliegt, die sich während der Druckphase im wesentlichen in ebenem Zustand an die Stirnfläche des Kolbens anlegt und deren Um­ fangslinie vorbestimmt weitgehend der Kammerinnenwandung angenähert ist.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als die Wellscheibe durch Druckbeaufschlagung in ebenem Zustand auf die Stirnfläche des Kolbens und mit ihrer Umfangslinie vorbestimmt weitgehend, dichtend an die Kammerinnenwandung gedrückt wird. Während der drucklosen Phasen liegt die Wellscheibe nicht an der Kammerinnenwandung an, so daß bei der axialen Bewegung des Kolbens der Verschleiß stark vermindert wird. Durch den axialen Druck vergrößert sich der Durch­ messer der Wellscheibe, so daß sie an die Kammerinnenwandung angepreßt wird. Man kann so beliebig geformte Querschnitte abdichten, da der Querschnitt der Wellscheiben entsprechend gestaltet wird.

Zur Erhöhung der Dichtwirkung ist vorgesehen, daß meherere Wellscheiben hintereinander ange­ ordnet sind.

Eine Führung der Wellscheiben wird durch eine Aufschiebemontage auf einen Hohlfortsatz einer Druckscheibe und durch Aufschieben dieses Hohlfortsatzes auf einen zentrischen Zapfen des Kolbens erreicht, wobei der Hohlfortsatz in eine Ringnut des Kolbens eintritt. Dadurch wird neben der Führung der Wellscheiben auch die Hochdruckabdichtung verbessert und eine Vormontage der Wellscheiben als Einbauteil ermöglicht.

Zur Verbesserung der Druckvermittlung und zur weiteren Erhöhung der Dichtwirkung ist vorgese­ hen, daß auf jeder Wellscheibe je eine Druckscheibe aufliegt.

Ein Verfahren zur Herstellung von Wellscheiben für eine Hochdruckabdichtung zeichnet sich dadurch aus, daß aus einem ebenen federfähigen Werkstoff eine Ringscheibe ausgeschnitten wird und daß zur Formung einer Wellscheibe in Umfangsrichtung verlaufende Wellen mit in radialer Richtung ausgerichteten, mit zunehmendem Abstand vom Mittelpunkt höher werdenden Wellenbergen und Wel­ lentälern in die Ringscheibe eingeprägt werden.

Zur Sicherstellung von Federeigenschaften ist vorgesehen, daß anschließend eine Härtung der Wellscheibe erfolgt.

Eine hohe Fertigungsgenauigkeit wird dadurch sichergestellt, daß das Ausschneiden mittels eines Laserstrahls oder Elektronenstrahls erfolgt.

Eine verbesserte Dichtpassung wird dadurch erzielt, daß anschließend die Wellscheiben in eben gespreiztem Zustand außen auf Paßmaß geschliffen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der darstellen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Wellscheibe,

Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1,

Fig. 3 eine schematisch wiedergegebene vollständige Hochdruckabdichtung,

Fig. 4 eine Wellscheibe mit rechteckigem Querschnitt und

Fig. 5 eine Seitenansicht zu Fig. 4.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine kreisförmige Wellscheibe 1 für eine Hochdruckabdichtung. Die Wellscheibe ist durch Laserstrahl oder Elektronenstrahl aus einem federfähigen, ebenen Blech in Form einer Ringscheibe ausgeschnitten oder mit einem Werkzeug ausgestanzt. Sodann werden durch Prägung in Umfangsrichtung verlaufende Wellen 2 erzeugt, so daß man eine Wellscheibe mit radial ausgerichte­ ten, mit zunehmendem Abstand vom Mittelpunkt höher werdenden Wellentälern und Wellenbergen er­ hält. Im Zentralbereich um den Mittelpunkt liegt also keine Verformung vor. Durch die Verformung verringert sich der äußere Durchmesser gegenüber der ebenen Ringscheibe. Die Wellscheiben sind oder werden gehärtet, so daß sie Federeigenschaften besitzen. Zur genauen Anpassung an die Abdichtfunktion wird die Wellscheibe auf einem Werkzeug in ebenen Zustand gedrückt und am Außenumfang auf das Maß der abzudichtenden Kammer feingeschliffen.

Fig. 3 zeigt schematisch die Anwendung der Hochdruckabdichtung bei einem Waffenlauf. Der Waffenlauf ist als Kammer 3 dargestellt. Die zylindrische Kammer 3 ist durch einen Kolben bzw. Ver­ schluß 4 abgeschlossen. Der Verschluß 4 nimmt auf einem Zapfen 5 den Hohlfortsatz 7 einer Druck­ scheibe 6 auf. Auf dem Hohlfortsatz 7 sind meherere Wellscheiben 1 montiert. Die Weltscheiben 1 haben in nicht abdichtendem, gewelltem Zustand einen etwas geringeren Außendurchmesser als die Innenwan­ dung der Kammer 3, so daß der Verschluß 4 leicht in die Kammer eingeführt und darin bewegt werden kann.

Vor dem Abfeuern einer Ladung wird entweder durch Verriegeln des Verschlusses oder durch Andruck einer federgestützten Masse eine zuhaltende Wirkung erzeugt. Der Gasdruck der Treibladung beaufschlagt in Pfeilrichtung die Druckscheibe 6 und die Wellscheiben 1. Dadurch werden die Well­ scheiben 1 in ebenen Zustand verformt und kommen in dichtende Anlage an der Kammerwandung. Dies bewirkt die gewünschte Abdichtung. Nach Druckentlastung federn die Wellscheiben wieder in den Aus­ gangszustand zurück. Der Verschluß 4 ist damit wieder leicht beweglich.

Eine ähnliche Anwendung ist bei der Abdichtung und der Ölabstreifung in einem Verbrennungs­ motor möglich. Dort ist in der Dichtphase der Kolben durch den Arbeitswiderstand des Systems gegen ungehinderte axiale Verschiebung gehemmt, so daß die Wellscheiben plangedrückt werden.

Die Wellscheiben und die Kammer können beliebigen Querschnitt haben. Es ist ein ovaler Quer­ schnitt oder nach den Fig. 4 und 5 ein quadratischer oder rechteckiger Querschnitt möglich. Die Hoch­ druckabdichtung ist somit außerordentlich anpassungsfähig.

Claims (9)

1. Hochdruckabdichtung zwischen einem Kolben und einer Kammer mit angepaßtem Querschnitt, wobei der Kolben mindestens während der Druckphase durch eine Hemmung an einer schnel­ len Verschiebung innerhalb der Kammer gehindert ist, da­ durch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kammer (3) auf einer ebenen Stirnfläche des Kolbens (4) mindestens eine Wellscheibe (1) aus Federwerkstoff auf­ liegt, die sich während der Druckphase im wesentlichen in ebenem Zustand an die Stirnfläche des Kolbens (4) anlegt und deren Umfangslinie vorbestimmt weitgehend der Kamme­ rinnenwandung angenähert ist.

2. Hochdruckabdichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in ebenem Zustand der Well­ scheibe (1) die Umfangslinie sich dichtend an die Kammer­ wandung anlegt.

3. Hochdruckabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wellscheiben (1) hintereinander angeordnet sind.

4. Hochdruckabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Well­ scheiben (1) auf einem Hohlfortsatz (7) einer Druckscheibe (6) sitzen und daß der Hohlfortsatz (7) auf einem Zapfen (5) des Kolbens (4) sitzt.

5. Hochdruckabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Wellscheibe (1) je eine Druckscheibe (6) aufliegt.

6. Verfahren zur Herstellung von Wellscheiben für eine Hoch­ druckabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß aus einem ebenen federfähigen Werkstoff eine Ringscheibe ausge­ schnitten wird und daß zur Formung einer Wellscheibe (1) in Umfangsrichtung verlaufende Wellen mit in radialer Richtung ausgerichteten, mit zunehmendem Abstand vom Mit­ telpunkt höher werdenden Wellenbergen und Wellentälern in die Ringscheibe eingeprägt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß anschließend eine Härtung der Well­ scheibe (1) erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ausschneiden mittels eines Laserstrahls oder Elektronenstrahls erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die Well­ scheiben (1) in eben gespreizem Zustand außen auf Paßmaß geschliffen werden.