DE2029873A1

DE2029873A1 - Dichtungsring für Kolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2029873A1
Application number: DE19702029873
Authority: DE
Inventors: Ware Milgrove N.Y. Sievenpiper (V.StA.)
Original assignee: ATO Inc
Current assignee: Scott Technologies Inc
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1970-06-18
Publication date: 1972-03-16
Also published as: US3612538A

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · üipl.-lng. H. BERKEN FELD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 18. Juni 1970 Sch// Name d. Aniti. A"T-0 IhC .

Dichtungsring für Kolbenmaschinen

Die Erfindung betrifft Dichtungsringe für relativ hin und her bewegliche Teile, wie z.B. einen Kolben, der sich in einem Zylinder hin und her bewegt, und insbesondere ein mehrteiliges Dichtungsringsystem für diesen Zweck.

Wesentliche Probleme ergeben sich bei der Anordnung einer zufriedenstellenden Dichtung gegen das Lecken von Druckflüssigkeit an relativ hin und her beweglichen Teilen, wie z.B. an den Kolben von hydraulischen Hochdruckzylindern oder Hochdruckpumpen. Die üblichen Dichtungsringe haben weitgehend Verwendung gefunden, können aber nur beschränkt verwendet werden, insbesondere wenn sie Hochdruckbedingungen unterworfen sind. Insbesondere Gummiringe können rund um den Kolben ausgepreßt und während des Hochdruckbetriebes und bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens bis zur Unbrauchbarkeit abgenützt werden.

Der übliche Dichtungsring ist in letzter Zeit durch mehrteilige Dichtungsringe ersetzt worden, die unter Druck verformbare und nicht verformbare Materialien enthalten. Dieselben waren jedoch nicht vollständig zufriedenstellend. Bei einigen vorgeschlagenen Konstruktionen soll ein unter Druck verformbarer Teil, wie z.B. ein Gummiring, eine gewisse Abdichtung bewirken, häufig unter niedrigen Drücken, und ist bei der Berührung mit dem anderen Teil noch immer der Abnützung unterworfen. Ein anderes Problem ergibt sich bei der Verwendung von Metallringen, welche zwar eine wesentlich längere Lebensdauer aufweisen, wobei aber bei der Ausführung der Dichtungsaufgabe die Gefahr des Pestfressens besteht. Außerdem sind mehrteilige Dichtungsringe, die Spaltringe enthalten, dem Lecken oder der

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Umgehungsströmung der Flüssigkeit unterworfen, z.B. durch die Teilfuge der Ringe bei hohen Drücken. Bei vielen Anvendungen muß die Umgehungsströmung der Flüssigkeit verhindert werden, wie z.B. beim hydraulischen Zylinder einer Kranlaufwinde, bei welcher eine Abweichung nicht geduldet werden kann.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Ausbildung eines mehrteiligen Dichtungsringsystems für Kolbenmaschinen, welches eine wirksame Flüssigkeitsdichtung unter hohen und niedrigen Drücken aufrechterhält, während dasselbe geringe Reibung aufweist und für die zerstörende Verformung unter Druck nicht anfällig ist.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines Dichtungsringsystems, das .Spaltringe enthält, aber keine Umgehungsströmung der Flüssigkeit durch die Dichtung zuläßt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines Dichtungsringsystems, das eine wirksame Abdichtung gegen Druck bildet, der in einer Kolbenmaschine in beiden oder entgegengesetzten Richtungen wirkt.

Die vorliegende Erfindug sieht ein mehrteiliges Dichtungsringsystem für Kolben oder dergleichen vor, welches erste und zweite Spaltringe aus unter Druck nicht verformbarem Material und einen Ring aus unter Druck verformbarem Material enthält. Der verformbare Ring dient als Expander für die beiden nicht verformbaren Ringe, indem dieselben in wirksame Dichtungsberührung mit der abzudichtenden Oberfläche gedrückt werden. Der verformbare Ring dichtet auch gegen die Umgehüngsströmung der Flüssigkeit durch den Zwischenraum ab, der zwischen dem Ringsystem und den Nutwänden vorhanden ist. Die nicht verformbaren Ringe bestehen aus einem Material und weisen eine solche Ausbildung auf, welche ά ihre Dichtungswirksamkeit und ihre bauliche Festigkeit erhöhen. Der verformbare Ring ist mit den nicht verformbaren Ringen derart verbunden, daß ihre relative Drehung verhindert wird und die Teilfugen der Ringe daher unausgerichtet gehalten werden.

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Die Erfindung betrifft daher ein mehrteiliges Dichtungsringsystem für Kolben und dergleichen, welches erste und zweite Spaltringe aus unter Druck nicht verformbarem Material enthält, vorzugsweise aus mit Glasfasern versetztem Nylon, die in einer Nut nebeneinander angeordnet werden können. Ein Ring aus elastisch nachgiebigem, unter Druck verformbarem Material, wie z.B. Neopren, weist einen Paßsitz zwischen der Bodenwand der Nut und einem Raum auf, der durch entsprechende ringförmige Ausnehmungen längs der Innenflächen der Nylonringe begrenzt wird. Ansätze am.verformbaren Ring, die von Nuten in den Nylonringen aufgenommen werden, verhindern eine relative Drehung der Ringe des Systems und halten die Teilfugen der Ringe unausgerichtet.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen zeigt: ·

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Teils eines hydraulischen Zylinders, der mit einem Dichtungsringsystem gernäß der Erfindung versehen ist,

■Fig. 2 einen Aufriß eines Ringbestandteils des Dichtungsringsystems gemäß Fig. 1,

Fig.3 einen Längsschnitt nach der Linie 3~3 der Fig. 2,

Fig. 4 einen Aufriß des Expanderteils des Dichtungsringsystems gemäß Fig. 1, in der Richtung der Achse gesehen,

Fig. 5 ' eine Seitenansicht des Expanderteils, in der Richtung des Halbmessers gesehen,

Fig. 6 einen Aufriß einer abgeänderten Ausführungsform des Expanderteils, in der Richtung der'Achse gesehen,

Fig. 7 einen Längsschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 6,

Fig. 8 einen Aufriß einer abgeänderten AusfUhrungsform eines Ringbestandteils des Dichtungsringsystem gemäß der Er-

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findung, welcher an der Teilfuge mit einer Überlappungsverbindung versehen ist,

Fig. 9 einen Längsschnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 8 und Fig. 10 einen Längsschnitt nach der Linie 10-10 der Fig. 8.

Fig. 1 zeigt ein'Dichtungsringsystem gemäß der Erfindung, wie es im Gebrauch erscheint, beispielsweise in Kombination mit einem hydraulischen Zylinder. Ein Dichtungsringsystem 10 ist in einem hydraulischen Zylinder 11 dargestellt, der aus einer Hülse 12 und einem in derselben hin und her beweglichen Kolben 1j5 besteht. Der Kolben I5 besteht aus zwei Teilen, die durch Bolzen miteinander verbunden sind. Das Dichtungsringsystem gemäß der Erfindung kann aber sowohl mit einteiligen als auch mit mehrteiligen Kolben verwendet werden. Zwischen der Hülse 12 und dem Kolben 1j5 ist ein kleiner Spalt oder Zwischenraum 14 vorhanden, längs welchem Hülsenlager im Abstand voneinander angeordnet werden können. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Kolben I3 mit einer Nut 15 versehen, welche das Dichtungsringsystem 10 aufnehmen kann. Im Kolben 1j5 können selbstverständlich zusätzliche Nuten und entsprechende Dichtungsringsysteme vorgesehen werden. Die Nut I5 weist eine Bodenwand 15a und im Abstand voneinander liegende Seitenwände 15b, 15c auf.

Das Dichtungsringsystem 10 gemäß der Erfindung enthält erste und zweite Spaltringe 16 bzw. I7 aus unter Druck nicht verformbarem Material, wie z.B. Kunststoff. Die Ringe 16, 17 können in der Nut 15 nebeneinander angeordnet werden und jeder der Ringe 16, I7 weist eine radiale Dicke auf, die kleiner ist als der Abstand zwischen der Bodenwand 15a der Nut und der inneren Obeiläche der Hülse 12, welche als die abzudichtende Oberfläche angesehen werden kann. Außerdem ist die kombinierte axiale Breite der Ringe 16, 17 kleiner als die axiale Breite der Nut 15.

Das Dichtungsringsystem 10 enthält auch einen Ring 18 aus unter Druck verformbarem Material, wie z.B. Gummi, der zwischen der Bodenwand 15a der Nut und den Ringen 16, I7 angeordnet werden kann. Der Ring 18 wird von einem Ringraum aufgenommen, der durch entsprechende ringförmige Ausnehmungen begrenzt ist, welche längs A 93/5 -4-

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der Innenfläche der Ringe 16, 17 vorgesehen sind. Infolge dieser Anordnung drückt der Ring 18 die Ringe Ϊ6, 17 in radialer Richtung nach außen, so daß die äußeren Oberflächen derselben in wirksamer Dichtungsberührung mit der inneren Oberfläche der Hülse gehalten werden.

Aus den Figuren 2 und 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform des einen der in Fig. 1 dargestellten Ringe 16, 17 ersichtlich, beispielsweise des Ringes 17· Die in.Fig. J gezeigte Einstellung des Ringes 17 entspricht der in Fig. 1 gezeigten zusammengesetzten Stellung. Der Ring 16 weist eine identische Ausbildung auf und ist relativ zu der in Fig. 3 gezeigten Stellung einfach in einer entgegengesetzten oder um 18O° verdrehten Stellung angeordnet, welche der in Fig. 1 gezeigten zusammengesetzten Stellung entspricht. Mit anderen Worten, der Ring 16 ist einfach in der entgegengesetzten Richtung eingestellt. Die Ringe 16, 17 sind vorzugsweise aus dem Polyamid geformt, das unter der Bezeichnung Nylon bekannt ist und das mit einem Füllstoff versehen ist, welcher aus Glasfasern in einer Menge besteht, die etwa JO Gew.-% des Ringmaterials ausmacht, und aus Molybdändisulfid in einer Menge, die etwa 5 Gewichts-# des Ringmaterials ausmacht. Die Glasfasern erhöhen die Festigkeit von Nylon, um seine Lebensdauer zu verlängern, und das Molybdändisulfid erhöht die Schmierfähigkeit. Diese Gewichtsanteile des Füllstoffmaterials werden bevorzugt, aber der Zusatz von Glasfasern in einem Bereich von etwa 12 - JO Gew.-% und von Molybdändisulfid in einem Bereich von etwa 2 - 5 Gew.-% liefert zufriedenstellende Ergebnisse.

Nylon ist ein bevorzugtes Material wegen seiner nicht festfressenden Eigenschaft, was einen Vorteil gegenüber Gußeisen in Kolbenringen ergibt. Nylon hat auch die Fähigkeit, metallische Verunreinigungen zu absorbieren, die in der hydraulischen Flüssigkeit vorhanden sind und die sonst den Zylinder beschädigen und zerstören würden. Außerdem wird Nylon bevorzugt, weil es ein hitzehärtendes Verhalten zeigt, wenn es mit dem entsprechenden Füllstoff versehen ist, indem es permanent hart und steif wird, wenn es erhitzt oder ausgehärtet wird. Es wurde gefunden, daß Nylon nach der Aushärtung stabil bleibt bis zu einer Temperatur von etwa 204°C und unter einem Druck von etwa 280 kp/cm , was oberhalb der

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gewöhnlich vorkommenden Temperatur- und Druckbedingungen liegt. Obwohl Nylon bevorzugt wird, können in dem Dichtungsringsystem gemäß der Erfindung selbstverständlich auch andere synthetische Materialien Verwendung finden, welche ähnliche hitzehärtende Eigenschaften aufweisen und welche bei den gewöhnlich vorkommenden Temperaturen und Drücken keinen "kalten Fluß" zeig*i.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Ring 17 parallele axiale Endflächen 20, 21 und eine äußere Lagerfläche 22 aufweist, welche mit den Endflächen scharfe rechtwinklige Kanten bildet. Der Ring 16 weist ebenfalls parallele axiale Endflächen und eine äußere Lagerfläche auf, welche mit den Endflächen scharfe rechtwinklige Kanten bildet. Der Zweck dieser Ausbildung der Ringe 16, 17 besteht darin, einen wirksamen Schleifkontakt zwischen den äußeren Lagerflächen 22 derselben und der inneren Oberfläche der abzudichtenden Hülse 12 zu bilden.

Jeder der Nylonringe 16, 17 ist vorzugsweise so geformt, daß eine Schutzhaut gegen Feuchtigkeits- und Temperatureinflüsse gebildet wird. Bei Bearbeitung von Nylon wird diese Schutzhaut zerstört, so daß das Material unter nachteiligen Temperatur- und Feuchtigkeit sbedingungen der Verformung unterworfen ist.

Jeder der Ringe 16, 17 ist längs der Innenfläche desselben und längs der axialen Endfläche mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen, welche der entsprechenden Seitenwand der Kolbennut gegenüberliegt, wenn sich der Ring in der zusammengesetzten Betriebsstellung befindet. Gemäß Fig. 3 ist der Ring 17 mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen, welche durch die Fläche 23 begrenzt wird, die zur äußeren Lagerfläche 22 des Ringes konzentrisch ist, sowie durch die Fläche 24, die zu den axialen Endflächen 20, 21 parallel ist. Der Ring 16 ist ebenfalls mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen, welche durch eine Fläche begrenzt wird, die zur äußeren Lagerfläche des Ringes konzentrisch ist, sowie durch eine Fläche, die zu den axialen Endflächen desselben parallel ist«

Jeder der Ringe 1t>, 17 ist mit einer Nut versehen, wie z.B. der halbkreisförmigen Ausnehmung, welche bei 25 in Fig„ 2 dargestellt ist und welche sich von der durch die Flächen 23, 24 begrenzten

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Ausnehmung durch die Endfläche 21 um eine Achse erstreckt, die relativ zur Ebene des Ringes 1? im allgemeinen senkrecht angeordnet ist. Eine identische Nut oder halbkreisförmige Ausnehmung ist im Ring^ 16 an einer ähnlichen Stelle vorgesehen. Außerdem ist jeder der Ringe 16, 17 in einer Weise gespalten, welche verhältnismäßig gerade und parallele Kanten bildet, wie z.B. die Kanten 26, 27 in Pig. 2. Die Nut 25 ist in jedem Ring derart angeordnet, daß die Mitte derselben von dem durch die Kanten 26, 27 begrenzten Spalt zu einem nachstehend beschriebenen Zweck in einem Abstand von 90° winklig versetzt ist. Überdies sind die Ringe 16, 17 so geformt, daß die Kanten 26, 27h nur einen kleinen Spalt bilden, der" auf Null verringert wird, wenn das Dichtungsringsystem bei Betriebstemperaturen in Gebrauch ist, welche eine geringe Ausdehnung der Ringe 16, 17 bewirken.

Die Figuren 4 und 5 zeigen genauer den Ring 18 aus elastisch nachgiebigem, unter Druck verformbarem Material, welcher in das Dichtungsringsystem 10 eingesetzt ist. Der Ring 18 wird vorzugsweise aus Neopren geformt und dient als ein Expander für die Ringe 16, 17· Wie Fig. 5 zeigt, ist der Ring 18 so geformt, daß derselbe parallele axiale Endflächen 30/ 3I und eine äußere Lagerfläche 32 aufweist, welche mit den Endflächen scharfe rechtwinklige Kanten bildet. Außerdem ist der Ring 18 auf den Endflächen 30, 3I mit Ansätzen 33 bzw. 34 versehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Ring 18 so geformt, daß die Ansätze 33, 34.mit demselben fest verbunden sind. Es können jedoch auch vom Ring .18 getrennte Ansätze vorgesehen werden. Die Ansätze 33* 3^ sind so geformt, daß sie in die Nuten 25 passen und sie erstrecken sich aus der gleichen Stellung auf entgegengesetzten Seiten des Ringes 18 in entgegengesetzten Richtungen längs der gleichen Achse.

Wenn die Ringe 16, 17 zusammen mit dem Ring 18 in einer Kolbennut 15 zusammengesetzt sind, wie Fig. 1 zeigt, werden die Ansätze 33» 3^ des Ringes 18 von den entsprechenden Nuten 25 in den Ringen 16, 17 aufgenommen. Infolge dieser Anordnung werden die drei Bestandteile des Dichtungsringsystems 10 gegen relative Drehung festgehalten. Außerdem sind die Ringe 16, I7, wenn dieselben in der in Fig. 1 gezeigten Weise zusammengesetzt sind, so eingestellt, daß die Spalte oder Teilfugen zwischen den Kanten 26/ 27 A 93/3 _₇-

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um 18O° zueinander versetzt sind. Durch diese Anordnung werden die Spalte oder Teilfugen der Ringe unausgeriehtet gehalten, so daß der Spalt jedes Ringes gegen eine ununterbrochene Oberfläche des anderen Ringes anliegt und eine Umgehungsströmung der Flüssigkeitdurch das Dichtungsringsystemio wirksam verhindert wird.

Es ist zu bemerken, daß die besondere Anordnung der Ansätze 33, 34 auf dem Ring 18 und entsprechender Nuten oder halbkreisförmiger Ausnehmungen 25 in den Ringen 16, 17 zwar bevorzugt ist, aber lediglich Verbindungsanordnungen veranschaulicht, welche in einem System gemäß der Erfindung verwendet werden können. Anstelle der getrennten Nuten, die in den Ringen 16, 17 vorgesehen sind, können beispielsweise die betreffenden Spalte oder Teilfugen derselben zur Aufnahme entsprechender Ansätze des Ringes 18 verwendet werden, in welchem Fall die Ansätze auf den gegenüberliegenden axialen Endflächen des Ringes 18 vorgesehen und relativ zueinander um 180 versetzt würden. Außerdem wären solche Ansätze verhältnismäßig dünn, damit sie von den entsprechenden Teilfugen des Ringes leicht aufgenommen werden können.

Wenn die Ringe 16, 17 und 18 zusammengesetzt und in einer Kolbennut angeordnet sind, wie Fig. 1 zeigt, hält das Dichtungsringsystem 10 unter hohen und niedrigen Drücken eine wirksame Flüssigkeitsdichtung aufrecht, während dasselbe nur geringe Reibung aufweist und für die zerstörende Verformung unter Druck nicht anfällig ist. Der Ring 18 weist einen Paßsitz mit der Bodenwand 15a der Nut und mit den Innenflächen 23, 24 der Ausnehmungen in den Ringen 16, I7 auf. Der Ring 18 dient auch als Expander für die Ringe 16, I7 und drückt die äußeren Lagerflächen 22 derselben in flüssigkeitsdichten Gleitkontakt mit der abzudichtenden Oberfläche, d.h. mit der inneren Wand der Hülse 12. Die Tatsache, daß die axialen Endflächen und die äußeren Lagerflächen der Ringe 16, 17 scharfe rechtwinklige Kanten bilden, erhöht noch diese Dichtung sberührung und ergibt auch einen wirksamen Schleifkontakt.

Außerdem dichtet der verformbare Ring 18 den kleinen Spalt oder Zwischenraum ab, der zwischen der Bodenwand der Nut und den Innenflächen der Ringe 17> 16 vorhanden ist. Diese Abdiehtungswirkung ergibt sich infolge des Paßsitzes und wird noch verstärkt, wenn A 93/3 -8-

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der Betriebsdruck der Flüssigkeit zunimmt.

Wie Fig. 1 zeigt, weisen die äußeren axialen Endflächen der Ringe 16, Af, d.h. jene Endflächen, welche in der Nähe der entsprechenden Seitenwände 15b, 15o der Nut liegen, eine radiale Abmessung auf, die etwas kleiner ist als der Abstand der Bodenwand 15a der Nut von der inneren Oberfläche der Hülse 12. Infolgedessen ist der Spalt oder Zwischenraum zwischen den Ringen 16, 17 und der Bodenwand 15a der Nut verhältnismäßig klein. Dadurch wird verhindert, daß der Neoprenring 18 in den Spalt gedrückt wird, was erfolgen könnte, wenn der Spalt genügend groß wäre.

Durch diese Anordnung wird auch ein maximaler Bereich der Endflächen der Ringe 16, 17 der axialen Belastung ausgesetzt, welche durch den Flüssigkeitsdruck erzeugt wird, wodurch die strukturelle Festigkeit des Dichtungsringsystems 10 vergrößert wird. Das Kunststoffmaterial kann demnach dem durch den hohen Flüssigkeitsdruck bewirkten "kalten Fluß" besseren Widerstand leisten. Überdies wird durch diesen verhältnismäßig großen freigelegten Bereich der Ringe 16, 17 die Wirksamkeit der Dichtung 10 in verunreinigten hydraulischen Systemen vergrößert. Damit ein hydraulisches System verunreinigte Flüssigkeiten wirksam verarbeiten kann, soll die Breite des Spaltes oder Zwischenraumes 14 zwischen dem Kolben 13 und der Hülse 12 verhältnismäßig groß sein. Der beträchtlich große freigelegte Bereich der Ringe 16, 17 vergrößert die strukturelle Festigkeit des Systems 10 gegen die zunehmende axiale Beanspruchung, die sich aus dem größeren Spalt oder Zwischenraum ergibt» Außerdem kann ein größerer Oberflächenbereioh des Kunststoff materials der Flüssigkeit ausgesetzt werden, um die verunreinigenden Teilchen zu absorbieren.

Die Ringe 16, 17, die vorzugsweise aus Nylon mit einem Füllstoff aus Glasfasern und Molybdändisulfid geformt werden, sind gegen zerstörende Abnützung besonders widerstandsfähig. Die nicht verformbaren Ringe 16, 17, die aus diesem verstärkten Material beetehen, können daher eine wesentlich längere Lebensdauer aufweisen als die bisher bverfügbaren nicht verformbaren Ringe, während sie gleichzeitig eine Dichtungsaufgäbe erfüllen. Die Ringe 16, 17 aus nicht verformbarem Material können daher jeder Zeit für die Ab-.A 95/5 -9-

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dichtung verwendet werden und es ist nicht mehr erforderlich, abwechselnd verformbare und nicht verformbare Ringe für die Abdichtung zu benützen, um die Lebensdauer des Kunststoffmaterials zu verlängern.

Die Wirkungsweise des Dichtungsringsystems 10 ist besaa? verständlich, wenn angenommen wird, daß der axiale Flüssigkeitsdruck in Fig. 1 von der rechten Seite wirkt. Der Flüssigkeitsdruck trifft zuerst auf die axiale Endfläche 21 des Ringes 1? auf und bewirkt, daß sich das ganze System 10 in axialer Richtung innerhalb der Nut 15 etwas nach links bewegt. Das Ausmaß der axialen Bewegung ist nur gering wegen des verhältnismäßig kleinen Zwischenraumes ' zwischen dem System 10 und der gegenüberliegenden Seitenwand der Nut 15· Diese geringe Axialbewegung ist jedoch ausreichend, um der Flüssigkeit zu ermöglichen, in den Spalt oder Zwischenraum zwischen dem Ring 17 und der Bodenwand 15a der Nut einzutreten und dadurch auf den verformbaren Neoprenring 1b einzuwirken. Der Ring 18 dehnt sich in beiden radialen Richtungen und auch in axialer Richtung in Fig. 1 nach links aus. Infolgedessen werden die Ringe 16, 17 in radialer Richtung nach auüen in festere Dichtungsberührung mit der inneren Oberfläche der Hülse 12 gedrückt. Die Abdichtung zwischen dem Ring 18 und der Bodenwand 15a der Nut wird ebenfalls verstärkt. Außerdem wird die axiale Endfläche des Ringes 16 durch die axiale Ausdehnung des Ringes 18 in festere Berührung mit der Seitenwand 15b der Nut gedrückt. Da der einer axialen Beanspruchung unterworfene Oberflächenbereich des Ringes 16 verhältnismäßig groß ist und ein Mehrfaches des dem Zwischenraum 14 gegenüberliegenden Umfangsteils der Endfläche 21 beträgt, kann das System dem kalten Fluß in diesem Zwischenraum wirksamen Widerstand leisten.

Aus einer ähnlichen Analyse ist ersichtlich, daß das System 10 in gleich wirksamer Weise gegen Flüssigkeitsdruck abdichtet, der aus der entgegengesetzten Richtung wirkt. Wegen der beschriebenen Eigenschaften ist das Dichtungsringsystem 10 besonders für Anwendungen geeignet, bei welchen keine Umgehungsströmung der Flüssigkeit geduldet werden kann, wie z.B. in einem hydraulischen Zylinder für Kranlaufwinden» Das System 10 ist leicht und wirtschaftlich herzustellen, insbesondere well die Ringe 16, 17 - ob-A 93/3 -10-

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wohl entgegengesetzt eingestellt - idencisch sind und durch.die gleiche Form geformt werden können, .

Die Figuren 6 und 7 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform des Expanderringes 40 aus unter Druck verformbarem Material, vorzugsweise aus Neopren. Wie der Expander 18 ist der Ring 40 so geformt, daß derselbe parallele axiale Endflächen 41, 42 und eine äußere Lagerfläche 4j5 aufweist, welche mit den Endflächen scharfe rechtwinklige Kanten bildet. Wie der Expander 18 ist der Ring 40 auf den Endflächen41, 42 mit Ansätzen 44 bzw. 45 versehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Ring 40 so geformt, daß die Ansätze 44, 45 mit demselben fest verbunden sind. Es können jedoch auch vom Ring 40 getrennte Ansätze vorgesehen werden. Die Ansätze 44, 45 sind so geformt, daß sie in die Nuten passen, welche in den entsprechenden Ringen vorgesehen sind, welche zusammen mit dem Expander 4o ein dem System 10 ähnliches Dichtungsringsystem bilden. Die Ansätze erstrecken sich aus der gleichen Stellung auf entgegengesetzten Seiten des Ringes 40 in entgegengesetzten Richtungen längs der gleichen Achse.

Der Ring 4o weist eine Innenfläche 46 auf, die im allgemeinen zur

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Außenfläche 43 parallel ist,'welche mit den axialen Endflächen 41 und 42 abgerundete Kanten 47 bzw. 48 bildet. Die Ausbildung der abgerundeten inneren*Kanten 47 und 48 verhindert das Auspressen des Ringes 40, das sonst unter nachteiligen Betriebsbedingungen erfolgen könnte, insbesondere wenn extrem hoher Druck auf das Dichtungsringsystem einwirkt, von welchem der Ring 40 einen Teil bildet. Die Abrundung der Kanten 47 und 48 entfernt in Wirklichkeit das Material des Expanders 40, das sonst dem Druck unterworfen wäre oder das längs des Spaltes zwischen dem Dichtungsringsystem und der Bodenfläche der Kolbennut ausgepreßt werden würde, in welcher das Dichtungsringsystem angeordnet ist.

Die Figuren 8-10 zeigen eine Überlappungsverbindung, welche wechselseitig auf den Spaltringen aus unter Druck nicht verformbarem Material des Dichtungsringsystems gemäß der Erfindung angebracht werden kann. Ein Ring 50 (Figuren 8-10) weist eine ähnliche Ausbildung auf wie einer der in den Figuren i-j5 gezeigten Ringe, z.B. der Ring 17, Der Ring 50 wird in ein Dichtungsring-A 93/3 -H-

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system mit einem anderen Ring von identischer Ausbildung eingesetzt, der in entgegengesetzter Richtung eingestellt' ist, wie der Ring 16 relativ zum Ring I7. Der Ring 50 ist aus dem gleichen Material hergestellt wie die Ringe 16 und 17* nämlich Nylon, das mit einem Füllstoff versehen ist, welcher Glasfasern in einer Menge enthält, die etwa 30 Gew.-% des Ringmaterials ausmacht, sowie Molybdändisulfid in einer Menge, die etwa 5 Gew.-% des Ringmaterials ausmacht. Der Ring 50 wird vorzugsweise so geformt, daß eine Schutzhaut gegen Feuchtigkeits- und Temperatureinflüsse gebildet wird.

Der in den Figuren 8-10 dargestellte Ring 50 weist parallele axiale Endflächen 51> 52 und eine äußere Lagerfläche 53 auf, welche mit den Endflächen scharfe rechtwinklige Kanten bildet. Aus den Figuren 9 und 10 ist ersichtlich, daß der Ring 50 mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen ist, welche durch eine Fläche 5^ begrenzt ist, die zur äußeren Lagerfläche 53 des Ringes konzentrisch ist, sowie durch eine Fläche 55* die zu den axialen Endflächen 51, 52 parallel ist. Der Ring, der das Gegenstück des Ringes 50 in einem vollständigen Dichtungsringsystem bildet, ist ebenfalls mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen, welche durch eine Fläche begrenzt ist, die zur äußeren Lagerfläche des Ringes konzentrisch ist, sowie durch eine Fläche, die zu den axialen Endflächen desselben parallel ist. Außerdem ist der Ring 50 mit einer Nut versehen, wie z.B. der halbkreisförmigen Ausnehmung, die bei 56 in Fig. 8 dargestellt ist, welche sich von deii durch die Flächen 5^-j 55 begrenzten Ausnehmung durch die Endfläche 52 um eine Achse erstreckt, die relativ zur Ebene des Ringes 50 im allgemeinen senkrecht steht. In dem das Gegenstück bildenden Ring ist eine identaische Nut oder halbkreisförmige Ausnehmung an einer ähnlichen Stelle vorgesehen.

Bei der Spaltringkonäbruktion dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Teilfuge des Ringes 50 mit einer Überlappungsverbindung versehen, welche das Lecken von Flüssigkeit verhindern soll. Gemäß den Figuren 8 und 9 ist der Ring 50 durch eine Fläche 58 geteilt, welche in einer Ebene liegt, die zu den Ebenen der axialen Endflächen 51, 52 senkrecht steht. Ein im allgemeinen L-förmiger Überlappungsverbindungsteil, der aus den im rechten Winkel A 93/3· -1 2-

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zueinander angeordneten Teilen 59 und 60 besteht, erstreckt sich von der Fläche 5ö etwas nach außen. Wie die Figuren 8 und 10 zeigen, weist der Ring 50 auch eine gegenüberliegende, im allgemeinen parallele Fläche 61 auf, von welcher sich ein komplementärer und im allgemeinen L-förmiger uberlappungsverbindungsteil nach außen erstreckt, der aus den im rechten Winkel zueinander angeordneten Teilen 62 und 6j5 besteht. Die Überlappungsverbindungsteile sind auf den betreffenden Flächen 58 und 61 so angeordnet, daß sie nebeneinander zu liegen kommen, wenn die Teilfuge des Ringes auf Null verringert wird. Der Ring 50 ist aus einem Teil geformt, so daß die Flächen 58, 61 und die entsprechenden Uberlappungsverbindungsteile einen kleinen Spalt bilden, der auf · Null verringert wird, wenn das Dichtungsringsystem bei Betriebstemperaturen verwendet wird, welche eine geringe Ausdehnung des Ringes bewirken. Der Ring, der als Gegenstück zum Ring 50 in einem Dichtungsringsystem verwendet wird, ist selbstverständlich mit einer identischen Überlappungsverbindung versehen.

Die Überlappungsverbindung gemäß der Erfindung bewirkt eine Abdichtung an der Teilfuge'des Ringes, welche ein Lecken von Flüssigkeit durch dieselbe veMndert. Das Eindrücken und die Erosion des unter Druck verformbaren Expanderteils kann unter bestimmten nachteiligen Betriebsbedingungen erfolgen, wenn der Betriebsdruck der Flüssigkeit, welche durch die Teilfuge oder den Spalt des Ringes leckt, den Expander in den Spalt zwischen dem Dichtungsringsystem und der Bodenwand der Nut zu drücken trachtet, in welcher dasselbe angeordnet ist. Die Überlappungsverbindung gemäß der Verbindung hat die Aufgabe, diese Strömung zu verringern und den Expanderteil vor dieser Strömung zu schützen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen beispielsweisen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD · OSpl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

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Patentansprüche

Dichtungsringeinheit zum Abdichten gegen das Lecken von Druckflüssigkeit an den benachbarten Oberflächen von relativ hin und her beweglichen Teilen, von denen der eine Teil mit einer Nut versehen ist, welche Seitenwände und einen Boden aufweist, während der andere Teil eine abzudichtende Oberfläche aufweist, gekennzeichnet

a) durch erste und zweite Spaltringe (16,17) aus unter Druck nicht verformbarem Material,- welche in der Nut (15) nebeneinander angeordnet werden können, wobei jeder Ring eine radiale Dicke aufweist, die kleiner ist als der Abstand zwischen dem Boden (15a) der Nut (15) und der abzudichtenden Oberfläche der Hülse (12), während die kombinierte axiale Breite der ersten und zweiten Ringe (16,17) kleiner ist als die axiale Breite der Nut (15),

b) durch einen Ring (1Ö) aus unter Druck verformbarem Material, der zwischen dem Boden (15a) der Nut (15) und den ersten und zweiten nicht verformbaren Ringen (16,17) angeordnet werden kann, wobei der verformbare Ring (18) eine radiale Dicke aufweist, die kleiner ist als die Abstand zwischen dem Boden (15a) der Nut (15) und der abzudichtenden Oberfläche der Hülse (12), und

c) durch Verbindungsmittel zwischen dem verformbaren Ring (18) undcen nicht verformbaren Ringen (16,17)* um eine relative Drehung der nicht verformbaren Ringe und des verformbaren Ringes zu verhindern.
2. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die ersten und zweiten nicht verformbaren Ringe (16,17) axiale Endflächen (20,21) und eine äußere Lagerfläche (22) aufweisen, welche mit den axialen Endflächen rechtwinklige A 93/5 ■ -14-

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Kanten bildet. ■
3. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verformbare Ring·(18) aus Neopren geformt ist.
4. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 1, g dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten nicht verformbaren Ringe (16, 17) aus dem Polyamid geformt sind, das unter der Bezeichnung Nylon bekannt ist.
5· Dichtungsringeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten nicht verformbaren Ringe (16,17) aus Nylon mit einem Füllstoff hergestellt sind, welcher aus etwa 25 - 30 Gew.-% Glasfasern und etwa 5 Gew.-%Molybdändisulf id besteht.
6. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder der ersten und zweiten nicht verformbaren Ringe (16,17) längs der Innenfläche mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen ist, während die axiale Endfläche (21) der entsprechenden Seitenwand (15b oder 15c) der Nut (15) gegenüberliegt.
7. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der verformbare Ring (18) von dem Ringraum aufgenommen wird, der von den ringförmigen Ausnehmungen in den ersten und zweiten Ringen (16,17) begrenzt ist, und daß der verformbare Ring (18) mit dem Boden (15a) der Nut (15) in Berührung steht.
8. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, ,daß der verformbare Ring (18) einen Paüsitz mit dem Boden (15a) der Nut (15) und mit den ersten und zweiten nicht verformbaren Ringen (16,17) aufweist, so daß die äußeren Lagerflächen (22) der ersten und zweiten Ringe (16,17) in Berührung mit der abzudichtenden Oberfläche der Halse (12) gedrückt werden und der verformbare Ring (18) in Dichtungseingriff mit dem Boden (15a) der Nut (15) steht.
9. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel aus Ansätzen (53,34 und 44,45) A 93/5 -15-

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auf den gegenüberliegenden axialen Endflächen (30*31 und 41,42) des vefformbaren Ringes (18,40) und aus entsprechenden Nuten (25, 56) in den ersten und zweiten Ringen (16,17 und 50) bestehen, welche die Ansätze aufnehmen können.
10. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (25) an einer Stelle auf den Ringen (16,17) vorgesehen sind, welche in der Umfangsrichtung um 90 zu den durch die Kanten (26,27) gebildeten Spalt versetzt ist.
11. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der verformbare Ring (40) parallele axiale Endflächen (41,42) und eine äußere Lagerfläche (43) aufweist, welche mit den axialen Endflächen rechtwinklige Kanten bildet, sowie eine im allgemeinen zur Außenfläche (43) parallele Innenfläche (46), welche mit den axialen Endflächen abgerundete Kanten (47,4b¹) bildet.
12. Dichtungsringeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der nicht verformbaren Ringe (50) an gegenüberliegenden, im allgemeinen parallelein Flächen (50,61) geteilt ist, von denen jede einen im allgemeinen L-förmigen Überlappungsverbindungsteil (59*60 und 62,63) aufweist, der sich von derselben nach außen erstreckt, wobei die Überlappungsverbindungsteile so angeordnet sind, daß sie nebeneinander zu liegen kommen, wenn die Teilfugen der Ringe zusammengedrückt werden.

13· Dichtungsringeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil aus einem in der Umfangsrichtung genuteten Kolben (I3) besteht, der in dem zweiten Teil wirksam ist, welcher aus einem hydraulischen Zylinder (11) besteht.

A 93/3 . -16-

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Leerseiie