DE19903735C2 - Vorrichtung zum Abdichten eines Zylinders gegenüber einem in dem Zylinder laufenden Maschinenteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten eines Zy­ linders gegenüber einem in dem Zylinder laufenden Maschinen­ teil, insbesondere einer Kolbenstange oder einem Kolben, mit einer in den Zylinder integrierten Ringdichtung, wobei die Ringdichtung eine Ringnut umfaßt, in der radial hintereinander ein an dem Maschinenteil dicht anliegender Dichtkörper, ein O- Ring sowie ein erster Raum angeordnet sind und zum radialen An­ drücken des Dichtkörpers an das Maschinenteil ein Druckmedium über einen Kanal in den ersten Raum einleitbar ist, wobei der Kanal durch einen den Zylinder radial durchsetzenden Körper verläuft.

Eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art ist aus der FR 2 224 026 bekannt.

Bei der bekannten Vorrichtung ist der Zylinder mit einem durch die Zylinderwand radial in den Innenraum des Zylinders vor­ stehenden, näherungsweise ringförmigen Körper versehen. Der Körper reicht mit einer innenzylindrischen Fläche bis nahe an eine Kolbenstange heran. In der innenzylindrischen Fläche ist eine ringförmige Innennut angeordnet. Darin befinden sich radi­ al hintereinander ein an der Kolbenstange anliegender flacher Dichtkörper sowie ein O-Ring. Radial außerhalb des O-Ringes ist in der Nut ein gewisser Restraum vorhanden, der mit einem radi­ al abgehenden Kanal in Verbindung steht. Über den Kanal kann ein Druckmittel eingeleitet werden, um den O-Ring gegen den Dichtkörper und diesen an die Kolbenstange anzulegen. Der Dichtkörper besteht dabei z. B. aus PTFE.

Bei der bekannten Vorrichtung ist nicht angegeben, in welcher Weise diese angesteuert, insbesondere auf welche Weise der Druck aufgebracht und zugeführt werden soll. Ferner ist die be­ kannte Vorrichtung offensichtlich nur dann arbeitsfähig, wenn konstant ein Druck anliegt.

Aus der DE 39 14 891 A1 ist eine zylindrische Dichtungsvorrich­ tung bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist eine Ringdichtung am Außenumfang eines kolbenartigen Elementes angeordnet, um eine Abdichtung gegenüber einer umgebenden zylindrischen Hülse zu erreichen. Auch hier sind zwei Ringelemente radial hinterein­ ander angeordnet. Das radial innere Element kann mittels eines hydraulischen Drucks mit einer nach außen gerichteten Kraft beaufschlagt werden. Der hydraulische Druck wird über einen Kolben erzeugt, der sich ebenfalls in dem zylindrischen Element befindet. Der Kolben wird seinerseits mittels einer Stellschraube betätigt, die nach Abschrauben eines Deckels zu­ gänglich ist.

In der DE 31 31 638 A1 ist eine Abdichtungsvorrichtung be­ schrieben, die ähnlich der Vorrichtung gemäß der eingangs ge­ nannten FR 2 224 026 A ausgestaltet ist, allerdings als Dicht­ körper nur eine einzige, im wesentlichen U-förmige Ringdichtung aufweist. Die bekannte Anordnung kann wahlweise am Außenumfang eines Kolbens oder am Innenumfang eines Zylinders angeordnet sein.

Aus der DE 24 10 671 ist eine Hubkolbenmaschine bekannt. Bei dieser befinden sich in einer radialen Ausbuchtung des Zylin­ ders mehrere gegen eine Kolbenstange laufende Dichtungen. Diese Dichtungen sind hydraulisch von außen mit einem Druckmedium be­ aufschlagt.

Bei einer aus der DE 29 47 895 C2 bekannten Vorrichtung befin­ det sich eine Ringdichtung am Außenumfang eines Kolbens, der verschiebbar in einem Zylinder angeordnet ist. Die Ringdichtung wird am Außenumfang durch einen elastischen Gleitring gebildet, der z. B. aus einem Polytetrafluorethylenwerkstoff besteht. Der Gleitring ist aufgrund seiner Elastizität radial geringfügig aufweitbar. Radial hinter dem Gleitring sitzt ein ebenfalls elastischer Körper, der von seiner radialen Innenseite her mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist. Der elastische Grund­ körper ist nämlich über zwei Kanäle mit den beiden Stirnseiten des Kolbens verbunden, wobei umlaufende Dichtlippen des elasti­ schen Grundkörpers verhindern, daß das Druckmedium von der einen Kolbenseite auf die andere Kolbenseite übertritt. Jeden­ falls wird bei dieser bekannten Anordnung erreicht, daß die Dichtwirkung, d. h. die Anpreßkraft für den elastischen Gleit­ ring an der Innenoberfläche des Zylinders um so höher wird, je höher der Betriebsdruck auf beiden Seiten des Kolbens ist. Der elastische Gleitring wird somit ständig wegen des stets vorhan­ denen Betriebsdrucks angepreßt.

Mit dieser bekannten Vorrichtung wird zwar eine gute und be­ triebsdruckabhängige Dichtwirkung erzielt, dies verhindert je­ doch nicht, daß im Langzeitgebrauch der elastische Gleitring verschleißt und daher die Dichtwirkung insgesamt nachläßt.

Dies ist besonders in solchen Anwendungsfällen nachteilig, bei denen die Dichtung sich an einem Ort befindet, der nur sehr schwierig oder praktisch überhaupt nicht zugänglich ist. In solchen Fällen müssen nämlich stets sehr umfangreiche Arbeiten ausgeführt werden, um die verschlissene Dichtung gegen eine neue Dichtung auszutauschen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß dieser Aufwand vermindert wird. Insbesondere soll es möglich sein, die Anpreßvorrichtung nachstellen zu können, so daß die Dichtung bei einem bestimmten Verschleiß auch an schwer zugäng­ lichen Stellen verbleiben kann und nur ein hydraulisch steuer­ barer Nachstellvorgang erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kör­ per in den Zylinder eingeschraubt ist, daß sich in dem Körper ein zweiter Raum befindet, der an den Kanal angeschlossen ist, wobei ein Rückschlagventil in den Kanal eingeschaltet ist, daß sich ein Vorrat des Druckmediums in dem zweiten Raum befindet, daß ein Kolben vorgesehen ist, um das Druckmedium in Abhängig­ keit von einem vorgegebenen Verschleiß des Dichtkörpers vom zweiten Raum über den Kanal in den ersten Raum zu überführen, und daß der O-Ring radial vorgespannt ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Wei­ se vollkommen gelöst.

Die Erfindung lehrt somit, die Vorrichtung insgesamt erst dann aktiv werden zu lassen, wenn eine Notwendigkeit zum Nachstellen der Dichtvorrichtung besteht. Der vorgegebene Verschleiß des Dichtkörpers kann z. B. dadurch erkannt werden, daß man einen Druck am Dichtkörper erfaßt oder ein eventuelles Austreten von Hydraulikflüssigkeit optisch detektiert. In diesen Fällen wird die erfindungsgemäße Vorrichtung automatisch aktiviert.

Das Vorsehen eines Rückschlagventils hat dabei den Vorteil, daß kein Druckmedium von der Ringdichtung, d. h. vom ersten Raum, zurück in den zweiten Raum strömen kann, vielmehr die Nach­ stellbewegung nur in einer Richtung verläuft.

Durch Herstellen der Verbindung zwischen den beiden Räumen kann man die Dichtung zu einem gewünschten Zeitpunkt nachstellen, und zwar ohne die Dichtung ausbauen oder unmittelbar an der Dichtung zugreifen zu müssen. Das Nachstellen geschieht auf rein hydraulischem Wege, indem die beiden Räume miteinander verbunden werden und Druckmedium vom zweiten in den ersten Raum überführt wird.

Die Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil z. B. im Stahl­ wasserbau einsetzen. Wenn nämlich Kolben-Zylinder-Einheiten an Schleusen, Staudämmen, Stauwehren und dgl. eingesetzt werden, befinden sich diese regelmäßig weit unterhalb der Wasserober­ fläche und sind praktisch nicht zugänglich. Im Extremfall müßte man nämlich, um an eine solche Dichtung heranzukommen, einen ganzen Stausee ablassen.

Wenn nun die Dichtungen an diesen Zylindern verschleißen, kann Druckmedium austreten und das umgebende Wasser verunreinigen. Dies ist besonders kritisch bei Talsperren, die als Trink­ wasserreservoir dienen.

Bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel ist es demgegenüber unter Zuhilfenahme der vorliegenden Erfindung möglich, im Be­ darfsfall durch Nachstellen der Dichtung die notwendige Dicht­ wirkung der Anpreßvorrichtung wieder herzustellen. Dies kann extern erfolgen, z. B. über einen elektronischen Druckwächter füt das Druckmedium, der dann bei Überschreiten eines Grenz­ wertes das Nachstellen der Anpreßvorrichtung einleitet.

Darüber hinaus sind aber auch andere Anwendungsfälle bei übli­ chen Zylindern möglich, wie sie z. B. an Maschinen, Pressen und dgl. verwendet werden. Wenn derartige Maschinen in Fertigungs­ straßen eingesetzt werden, besteht ein erhebliches Interesse daran, diese Maschinen möglichst kontinuierlich durchlaufen zu lassen und nach Möglichkeit nicht für Wartungsarbeiten still­ setzen zu müssen. Wenn nun ein Benutzer einer solchen Maschine erkennt, daß die Dichtwirkung an bestimmten Zylindern nachläßt, bspw. weil Druckflüssigkeit austritt, kann er die Anpreß­ vorrichtung ohne weiteres nachstellen und wiederum für eine korrekte Funktion sorgen, so daß ohne Ausbau einer Dichtung und damit ohne nennenswerte Stillstandszeiten, teilweise sogar im laufenden Betrieb, die Dichtfunktion des Zylinders wieder her­ gestellt werden kann.

Bei einer ersten Gruppe von Ausführungsbeispielen sind der zweite Raum sowie die Mittel zum Überführen des Druckmediums in das erste Maschinenteil integriert, und die Verbindung zwischen dem ersten Raum und dem zweiten Raum umfaßt einen Kanal im er­ sten Maschinenteil.

Diese Variante der Erfindung ist besonders bevorzugt zum Ein­ satz an Maschinen, bspw. an Pressen, wo man den Nachstell­ vorgang in einfacher Weise durch Betätigen der Mittel an der Maschine ausführen kann.

Dies gilt insbesondere dann, wenn die Mittel einen mittels eines Schraubkopfes manuell betätigbaren Kolben umfassen, der in dem zweiten Raum läuft.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß mit besonders einfachen Mitteln der erforderliche Druck manuell erzeugt werden kann, der zum Überführen des Druckmediums erforderlich ist.

Bei einer zweiten Gruppe von Ausführungsbeispielen bilden je­ doch die Mittel zum Überführen des Druckmediums eine von dem ersten Maschinenteil separate Einheit und umfassen zum Verbin­ den des ersten Raumes mit dem zweiten Raum eine externe Druck­ leitung.

Diese Ausführungsbeispiele eignen sich besonders für diejenigen Anwendungsfälle, bei denen die Dichtung nicht zugänglich ist, bspw. weil sie im Stahlwasserbau oder dgl. an unter Wasser be­ findlichen Komponenten angeordnet ist. Dann kann man durch eine Fernsteuerung das Druckmedium über die externe Druckleitung vom zweiten Raum in den ersten Raum überführen.

In diesem Falle ist besonders bevorzugt, wenn die Mittel eine Verdrängerpumpe umfassen.

Ein solches Element ist maschinell betreibbar und kann daher in eine elektronische Steuerung oder dgl. integriert werden.

Wie bereits mehrfach erwähnt, ist die Erfindung von besonderem Vorteil für Kolben-Zylinder-Anordnungen einsetzbar, bei denen eine Dichtwirkung zwischen einem Zylinder einerseits und einem Kolben oder einer Kolbenstange andererseits hergestellt werden muß. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei sowohl außen im Zylinder als auch innen am Kolben zur Abdichtung gegenüber dem jeweils anderen Element vorgesehen werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der bei­ gefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zwi­ schen einem Zylinder und einer Kolbenstange einge­ setzt wird; und

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit externer Betätigung der Dichtungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Kolben-Zylinder-Anordnung bezeichnet. Diese umfaßt einen Kolben 11 (oder eine Kolbenstange) sowie ei­ nen Zylinder 12, in dem der Kolben 11 bzw. die Kolbenstange läuft.

Zur Abdichtung des Kolbens 11 bzw. der Kolbenstange zum Zylin­ der 12 dient eine Ringdichtung 20. Die Ringdichtung 20 umfaßt einen Dichtungskörper 23, der z. B. aus einem Kunststoff be­ steht. Der Dichtungskörper 23 kann von an sich herkömmlicher Bauart sein. Während er in der Darstellung gemäß Fig. 1 als Beispiel im Querschnitt rechteckförmig dargestellt ist, kann er auch in an sich bekannter Weise einen H-förmigen Querschnitt haben und einen zweiten Dichtungskörper von einem anderen Dich­ tungsmaterial, bspw. einem härteren Kunststoff, umfassen.

Der Dichtkörper 23 liegt in einer Ringnut 21. Radial außerhalb des Dichtkörpers 23 ist ein O-Ring 22 zu erkennen. Zwischen der Rückseite des O-Ringes 22 und dem Grund der Ringnut 21 befindet sich ein Raum 24. In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist der O- Ring 22 im Querschnitt elliptisch. Dies liegt daran, daß der O- Ring 22 unter radialem Druck eingebaut ist. Der O-Ring 22 ist in axialer Richtung vorgespannt, so daß er mit Seiten 25 an seitlichen Oberflächen 27 der Ringnut 21 dicht anliegt. Es kann dann kein Hydrauliköl bzw. Druckmedium an den Seiten 25 vor­ beifließen. Wenn die Dichtung 20 montiert wird, wird zunächst der im Querschnitt noch kreisförmige O-Ring 22 in die Ringnut 21 eingelegt und dann der Dichtkörper 23 von außen aufgesetzt. Wenn dann die Kolbenstange 11 eingeführt wird, wird der Dicht­ körper 23 radial geweitet, so daß der O-Ring 22 von seiner im Querschnitt kreisförmigen Gestalt die in Fig. 1 dargestellten elliptische Gestalt annimmt.

Vom Raum 24 führt radial nach außen ein Kanal 26, und zwar zu einer insgesamt mit 30 bezeichneten Betätigungseinheit. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Betäti­ gungseinheit 30 einen Schraubkopf 31, der auf einem Körper 32 verdreht werden kann. Der Körper 32 ist fest in den Zylinder 12 eingeschraubt und an seinem vom Zylinder 12 weg weisenden Ende mit einem entsprechenden Gegengewinde für den Schraubkopf 31 versehen. Der Schraubkopf 31 und der Körper 32 sind im Über­ gangsbereich hohl. Der Schraubkopf 31 ist mit einem Kolben 33 versehen, der in einem Innenraum 34 von Schraubkopf 31 bzw. Körper 32 läuft. Der Innenraum 34 ist mit einem Druckmedium ausgefüllt. Das Druckmedium kann eine übliche Hydraulikflüssig­ keit sein. Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung eines Gels, insbesondere eine Silikon-Gels.

Zwischen dem Innenraum 34 und dem Kanal 26 befindet sich noch ein Rückschlagventil 37.

Im Ausgangszustand ist der Innenraum 34 drucklos und es befin­ det sich im Raum 24 hinter der O-Ring 22 entweder Luft oder drucklos eingeströmtes Dichtmedium, also bspw. Silikon-Gel. Der Dichtkörper 23 wird in diesem Fall lediglich durch die Elasti­ zität des zusammengedrückten O-Ringes 22 gegen eine Außenober­ fläche 39 der Kolbenstange 11 gedrückt.

Wenn nun nach entsprechender Betriebszeit der Dichtkörper 23 an seiner auf der Oberfläche 39 aufliegenden Oberfläche verschlis­ sen ist, so kann eine Nachstellung von Hand bewirkt werden. Hierzu wird der Schraubkopf 31 auf dem Körper 32 verdreht, so daß der Kolben 33 in den Innenraum 34 einfährt. Folglich wird Druckmedium aus dem Innenraum 34 verdrängt und strömt über das Rückschlagventil 37 und den Kanal 26 in den Raum 24. Der O-Ring 22 wird nun radial nach innen verformt und drückt den Dichtkör­ per 23 gegen die Oberfläche 39.

Dieser Vorgang kann im Bedarfsfall mehrfach wiederholt werden, bis der Dichtkörper 23 so weit verschlissen ist, daß er mecha­ nisch nicht mehr trägt.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eignet sich im besonderen Maße zum Einsatz an größeren Maschinen, bei denen der Ort der Dichtung an sich zugänglich ist, gleichwohl der Aufwand zum Ausbau der Dichtung bei einem Verschleiß des Dicht­ körpers nicht getrieben werden soll. In diesem Fall kann der Benutzer der Maschine dann, wenn er ein Nachlassen der Dicht­ wirkung an der Kolbenstange 11 bemerkt, z. B. infolge austreten­ den Hydrauliköls, durch Verdrehen des Schraubkopfes 31 in ein­ facher Weise eine Nachstellung bewirken.

Bei anderen Anwendungsfällen ist die Dichtung von außen nicht zugänglich, so daß eine andere Anordnung gewählt werden muß, wie sie z. B. in Fig. 2 dargestellt ist.

Dort ist mit 30' angegeben, daß eine modifizierte Betätigungs­ einheit vorgesehen ist, die nicht vollständig in den Zylinder 12' integriert sondern vielmehr nach draußen geführt ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist eine im Abstand von der Dichtung angeordnete Verdrängerpumpe 55 vorgesehen, die z. B. manuell über eine Spindel 56 oder auch motorisch betrieben werden kann.

Über eine Druckleitung 57 ist ein Druckraum 58 in der Spindel 56 mit der Dichtung verbindbar.

Bei diesem Anwendungsfall wird daher durch Betätigen der Ver­ drängerpumpe 55 das Druckmedium vom Druckraum 58 über die Druckleitung 57 zur Dichtung überführt, wobei die Druckleitung 57 im Bedarfsfall auch mehrere Meter lang sein kann.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Abdichten eines Zylinders (12) gegenüber einem in dem Zylinder (12) laufenden Maschinenteil, insbe­ sondere einer Kolbenstange (11) oder einem Kolben, mit einer in den Zylinder (12) integrierten Ringdichtung (20), wobei die Ringdichtung (20) eine Ringnut (21) umfaßt, in der radial hintereinander ein an dem Maschinenteil dicht anliegender Dichtkörper (23), ein O-Ring (22) sowie ein erster Raum (24) angeordnet sind und zum radialen An­ drücken des Dichtkörpers (23) an das Maschinenteil ein Druckmedium über einen Kanal (26) in den ersten Raum (24) einleitbar ist, wobei der Kanal (26) durch einen den Zy­ linder (12) radial durchsetzenden Körper (32) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (32) in den Zylin­ der (12) eingeschraubt ist, daß sich in dem Körper (32) ein zweiter Raum (34) befindet, der an den Kanal (26) an­ geschlossen ist, wobei ein Rückschlagventil (37) in den Kanal (26) eingeschaltet ist, daß sich ein Vorrat des Druckmediums in dem zweiten Raum (34) befindet, daß ein Kolben (33) vorgesehen ist, um das Druckmedium in Abhän­ gigkeit von einem vorgegebenen Verschleiß des Dichtkörpers (23) vom zweiten Raum (34) über den Kanal (26) in den er­ sten Raum (24) zu überführen, und daß der O-Ring (22) ra­ dial vorgespannt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring (22) axial vorgespannt ist und unter Druck mit Seiten (25) an seitlichen Oberflächen (27) der Ringnut (21) anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß auf dem Körper (32) ein Schraubkopf (31) aufge­ setzt ist, daß der Schraubkopf (31) einen manuell betätig­ baren Kolben (33) umfaßt, und daß der Kolben (33) in dem zweiten Raum (34) läuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine vom Zylinder (12) separate Einheit vorge­ sehen ist, daß eine externe Druckleitung die Einheit mit dem zweiten Raum (34) verbindet, und daß in der Einheit eine Verdrängerpumpe (55) mit dem Kolben (33) angeordnet ist.