DE2123140B2

DE2123140B2 - Dichtungsanordnung für eine hin- und hergehende Stange

Info

Publication number: DE2123140B2
Application number: DE2123140A
Authority: DE
Inventors: Karl-Wolfgang Dipl.Ing. 8901 Langweid Huebschmann
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1971-05-11
Filing date: 1971-05-11
Publication date: 1974-03-28
Also published as: DE2123140C3; DE2123140A1; US3814553A; SE386498B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung zwischen einer hin- und hergehenden Stange und der sie umgebenden Bohrung eines feststehenden Gehäuses, dessen Inneres ein unter Druck stehendes Medium enthält.

Eine Dichtungsvorrichtung, die aus zwei axial hintereinander geschalteten Dichtungen besteht und die eine Rückförderung des durch den Dichtspalt der ersten Dichtung gedrungenen Mediums gewährleistet, ist durch die USA.-Patentschrift 2 979 350 bekannt. Die erste dieser Dichtungen ist rückschlagventilartig ausgebildet. Bei Überdruck von der Hochdruckseite her schließt die Dichtlippe, während sie abhebt und Leckmedium zurückfließen läßt, wenn der Druck des hinter ihr gesammelten Leckmediums größer als der Druck im abzudichtenden Räume ist. Die Rückförderung wird durch den Druck des sich zwischen den beiden Dichtungen sammelnden Leckmediums erzielt, der die zweite Dichtung gegen den Druck einer Feder verschiebt. Diese bekannte Rückförderung kann nur wirken, wenn im abzudichtenden Raum ein pulsierender Druck herrscht. Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin eine Rückförderung

auch gegen einen ständig herrschenden hohen Druck greift, sich an der Nutwand abstützt und In span-

zu erzielen. nungslosem Zustand ein geringes Spiel gegenüber der

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Stange aufweist, derart, daß bei axialem Druck des

löst, daß eine Dichtung gehäusefest angeordnet ist, Ringkolbens auf die konische Dichtung sich zumin-

im Dichtspalt in bezug auf den abzudichtenden 5 dest deren dem Gehäuseinneren zugewandter Bereich

Raum vor der Dichtung eine weitere gehäusefeste, an dichtend an die Stange anlegt.

der Stange gleitende Dichtung in einem Abstand zur Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht ersten Dichtung angeordnet ist, der größer als der die erstgenannte Dichtung aus einem Ring mit rechtmaximale Hub der Stange ist, zwischen diesen beiden eckigem Querschnitt, der mit Spiel in einer Ringnut Dichtungen eine sich mit der Stange bewegende, an io der Gehäusebohrung liegt und dichtend sowohl an der Gehäusebohrung gleitende Dichtung angeordnet der Stange als auch an einer der Nutflanken anliegt. ist und die beiden letztgenannten Dichtungen rück- Die Dichtwirkung kommt, wie bei einem Kolbenring schlagventilartig derart ausgebildet sind, daß sie bei dadurch zustande, daß der Ring an der druckentla-Überdruck von der Seite des abzudichtenden Raumes steten Seite der Nutflanke durch die als Folge der her schließen, dagegen bei einem Druck von der 15 Druckdifferenz auftretende Axialkraft dichtend ange-Niederdruckseite her den Durchtritt des Leckmedi- preßt wird, wobei der Differenzdruck auch auf den ums gestatten. Durch diese Gestaltung kann die Außendurchmesser des Ringes wirkt und diesen Dichtungsvorrichtung wie eine Kolbenpumpe das dichtend an die Stange preßt.

Leckmedium gegen einen ständig herrschenden ho- Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der

hen Druck in dem abzudichtenden Raum in diesen 2° weitere gehäusefeste Dichtnng aus einem Ring mit

zurückfördern. rechteckigem Querschnitt, der mit axialem Spiel in

Vorteilhaft ist der von den beiden rückschlagven- einer Ringnut der Gehäusebohrung liegt und an seitilarlig ausgebildeten Dichtungen, dem Stangenum- ner dem Gehäuseinneren zugewandten Seite mit an fang und der Gehäusebohrung begrenzte Pumpen- sich bekannten Ausnehmungen versehen ist, die den raum mit dem von der mit der Stange beweglichen ²5 am Ring angrenzenden, dem Gehäuseinneren zuge-Dichtung, der erstgenannten Dichtung und der wandten Raum mit dem Nutgrund verbinden. Ist der Stange sowie der Gehäusebohrung begrenzten Entla- Druck im Gehäuseinneren höher als im Pumpenstungsraum über ein Absperrorgan verbunden, das raum, so wird der Ring mit seiner pumpenraumseitiilurch ein federbelastetes, dem Druck im Entla- gen Seitenfläche an der entsprechenden Nutflanke stungsraum ausgesetztes Kolbenglied derart betätig- 3° durch die Druckdifferenz dichtend zur Anlage gebar ist, daß das Absperrventil dann geöffnet ist, bracht. Da dieser Zustand bei einer Bewegung der wenn der Druck im Entlastungsraum unter einem be- Stange weg von dem Gehäuseinneren eintritt, wirkt stimmten Druck liegt, sonst aber geschlossen ist. Da- die Reibung des Ringes an der Stange im gleichen durch wird verhindert, daß in dem Entlastungsraum Sinne wie der Differenzdruck. Gleichzeitig wirkt das ein Unterdruck entsteht, was den Eintritt von Umge- 35 unter Druck stehende Medium im Gehäuseinneren, bungsluft in diesen zur Folge haben könnte. Über das über die abgehobene innenraumseitige Seitendas Absperrorgan wird der Entlastungsraum viel- fläche in den Spalt zwischen Nutgruna und Ring gemehr bei Bedarf wieder auf den Solldruck aufgefüllt. langt, auf den Außendurchmesser des Ringes und

Bei stillstehender Stange hört die erwähnte Rück- preßt diesen dichtend an die Stange. Ist der Druck im förderwirkung auf, und der Entlastungsraum füllt sich *° Pumpenraum höher als im Gehäuseinneren, so wird über die unvermeidlichen kleinen Undichtigkeiten der Ring mit seiner pumpenraumscitigen Seitenfläche aus dem Gehäuseinneren mit Druckmedium auf. Um durch die Druckdifferenz vcn der entsprechenden zu verhindern, daß das Medium über die nunmehr Nutflanke abgehoben. Da dieser Zustand bei einer dem vollen Druck ausgesetzte Dichtung austritt, ist Bewegung der Stange in Richtung auf das Gehäudie erstgenannte Dichtung vorteilhaft in an sich be- 45 seinnere eintritt, wirkt die Reibung des Ringes an der kannter Weise als Stillstandsdichtung ausgebildet. Stange im gleichen Sinne wie die Druckdifferenz. Der Solche Stillstandsdichtungen sind durch die britische Ring wird demnach auf seiner mit Ausnehmungen Patentschrift 923 013 und durch die USA.-Patent- versehenen Seitenfläche an der entsprechenden Nutschrift 2 705 177 bekannt. Dort ist eine ringkolbenar- flanke zur Anlage gebracht, und das aus dem Pumtige Dichtung in einer Ringnut auf der Druckseite 5° penraum verdrängte Medium gelangt über d>e abgevor einer weiteren Dichtung angeordnet, wobei die hobene Seite, den Spalt zwischen Ringaußendurchweitere Dichtung für den Fall, daß die Ringkolben- messer und Nutgrund und die Ausnehmungen in das dichtung nicht auf ihr lastet, einen Spalt gegenüber Gehäuseinnere. Der Ring wirkt demnach wie das der Gegendichtfläche beläßt. Die nachgeschaltete Druckventil einer Kolbenpumpe.
Dichtung weist ein verjüngtes Erde auf, das mit einer 55 Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die hohlkegeligen oder abgerundeten Stirnfläche der mit der Stange bewegliche Dichtung aus einem Ring ringkolbenariigen Dichtung zusammenwirkt. Lastet von rechteckigem Querschnitt, der mit axialem Spiel ein höherer Druck auf der ringkolbenartigen Dich- in einer Ringnut der Stange liegt und an seiner dem tung, so wird die nachgeschaltete Dichtung zur An- Gehäuseinneren zugewandten Seite mit an sich beläge an der Gegendichtfläche gebracht. Im vorliegen- ^6o kannten Ausnehmungen versehen ist, die den am den Fall kommt die Abdichtung im Stillstand da- Ring angrenzenden, dem Gehäuseinncren zugewanddurch zustande, daß die erste Dichtung als in einer ten Raum init dem Nutgrund verbinden. Ist der Nut axial verschiebliche Ringkolbendichtung mit Druck des Mediums im Pumpenraum höher als im einer zur Niederdvuckseite hin hohlkegeligen Stirn- Entlastungsraum, so wird der Ring mit seiner entlafläche ausgebildet ist und eine aus elastisch nachgie- 65 stungsraumseitigen Seitenfläche an der entsprechenbigem Material b'iütehende konische Dichtung nach- den Nutflanke durch die Druckdifferenz dichtend zur geschaltet ist, die mit ihrem verjüngten Ende in die Anlage gebracht. Da dieser Zustand bei einer Bewehohlkegelige Stirnfläche der ersten Dichtung ein- gung der Stange in Richtung auf das Gehäuseinnere

eintritt, wirkt die Reibung des Ringes in der Gehäu- Druck stehendes Medium enthält, gegen den Pumsebohrung im gleichen Sinne wie die Druckdifferenz. penraum 5 ab. Der mit der Stange 1 hin- und herge-Gleichzeitig wirkt der Druck im Pumpenraum, der hende Ring 6 trennt den Pumpenraum 5 von dem über die abgehobene pumpenraumseitige Seiten- Entlastungsraum 7. Die Inhalte der Räume S und 7 fläche des Ringes in den Spalt zwischen Nutgrund 5 vergrößern und verkleinern sich abwechselnd und und Ring gelangt, auf den Innendurchmesser des periodisch als Folge der Stangenbewegung. Die Ringes und preßt diesen dichtend an die Gehäuse- Ringe 3 und 6 dichten nur in einer Richtung ab, nämbohrung. Ist der Druck im Entlastungsraum höher lieh von dem Raum 4 zu dem Raum 5 und von dem als im Pumpenraum, so wird der Ring mit seiner ent- Raum 5 zu dem Raum 7. Zwischen dem mit der Umlastungsraumseitigen Seitenfläche durch die Druck- io gebungsluft in Verbindung stehenden Außenraum 8 different von der entsprechenden Nutflanke abgeho- und dem Entlastungsraum 7 ist der Ring 9 angeordbcn. Da dieser Zustand bei einer Bewegung der net, der in beiden Richtungen abdichtet. Um zu erStange weg vom Gehäuseinneren eintritt, wirkt die reichen, daß auf den Ring 9 nur eine möglichst kleine Reibung des Ringes an der Gehäusebohrung im glei- Druckdifferenz wirkt, werden etwaige Leckmengen chen Sinne wie die Druckdifferenz. Der Ring wird 15 des im Raum 4 befindlichen Druckmediums, die in demnach auf der mit Ausnehmungen versehenen Sei- die Räume 5 oder 7 gelangt sind, wieder in den tenflächc an der entsprechenden Nutflanke zur An- Raum 4 zurückgefördert. Bei diesem Vorgang arbeilage gebracht, und das aus dem Entlastungsraum ver- tet der Ring 3 wie das Druckventil und der Ring 6 drängte Medium gelangt über die abgehobene Seite, wie das Saugventil bzw. der Kolbenring einer KoI-den Spalt zwischen Ringinnendurchmesser und Nut- ao benpumpe. Um zu verhindern, daß im Raum 7 Ungrund und die Ausnehmungen in den Pumpenraum. terdruck entsteht, können die Räume 5 und 7, wie in Der Ring wirkt demnach wie das Einlaßventil bzw. Fig. 2 gezeigt, über ein Absperrorgan 10 miteinander Kolbenring einer Kolbenpumpe. der verbunden werden. Das Absperrorgan 10 wird

Die Dichtungen können bei der bevorzugten Aus- von der federbelasteten Membrane 11 geöffnet, wenn

führungsform vorteilhaft ungeschlitzt sein, damit 25 der absolute Druck im Raum 7 einen durch die Vor-

keine Undichtigkeiten an der Stoßstelle auftreten. spannung der Feder 12 einstellbaren bestimmten

Dabei wird die für die Abdichtungsaufgabe erforder- Wert unterschreitet. Steht die Stange 1 still, so fehlt

liehe Vorbelastung an der zylindrischen Dichtfläche die beschriebene Pumpwirkung, und die Räume 5

zweckmäßig dadurch erreicht, daß die Dichtungen und 7 füllen sich aus dem Raum 4 über die unver-

unter Eigenspannung an ihren Gleitflächen anliegen. _3o meidlichen kleinen Undichtigkeiten der Ringe 3

Wenn kleinere Undichtigkeiten in Kauf genommen und 6 mit Druckmedium, so daß in diesem Fall die

werden können, können die Dichtungen auch ge- volle Druckdifferenz auf dem Ring 9 lastet, was zu

schlitzt sein, wobei die Anlage an der Gegenfläche größeren Verlusten im Stillstand führen würde. Die

sowohl durch Eigenfederung des Ringes als auch in F i g. 3 gezeigte Stillstandsdichtung vermeidet die-

durch einen Spannring bewirkt werden kann. ₃₅ sen Nachteil. Bei dieser Ausführung ist der Ring 9'

Wenn das abzudichtende Medium das Vorhanden- mit Hilfe des O-Ringes 13 an seinem Umfang abge-

sein eines Schmiermittels nicht zuläßt, kann der Ring dichtet und weist eine kegelige Partie 15 auf, die mit

vorteilhaft aus einem Werkstoff mit Selbstschmie- einer ebensolchen Gegenfläche der Stillstandsdich-

rungseigenschaften bestehen. tung 14 zusammenarbeitet. Durch den höheren

Die Dichtungen können auch durch Lippendich- _4O Druck im Raum 7 während des Stillstandes der

tungen gebildet werden, wobei die Innenseiten der Stange 1 bringt der in der Art eines Ringkolbens wir-

Lippen dem Gehäuseinneren zugewandt sind, um die kende Ring 9' die Stillstandsdichtung 14 in die in der

Dicht- bzw. Ventilwirkung in der gewünschten Weise rechten Hälfte der F i g. 3 gezeigte Form, wobei die

sicherzustellen. Spitze ihres Dreiecksquerschnittes dichtend an den

In der Zeichnung sind drei Ausführungsformen ₄₅ Umfang der Stange 1 angepreßt wird. Wenn sich die

der Erfindung dargestellt. Stange 1 wieder bewegt, wird das Druckmedium aus

Fig. 1 zeigt die eig-Titliche Abdichtung bestehend dem Raum7 über den Raum5 in den Raum4 zu-

aus drei Dichtungen, von denen zwei rückschlagven- rückgefördert, wodurch der Druck im Raum 7 sinkt,

til artig ausgebildet sind; Dann nimmt die Stillstandsdichtung 14 wieder die in

Fig.2 zeigt die Anbringung des Absperrorgans, _So der linken Hälfte der Fig.3 gezeigte Querschnitts-

das das Entstehen von Unterdruck im Entlastungs- form an. An Stelle des O-Ringes 13 kann auch eine

raum verhindert; Membrane zur Abdichtung des Ringes 9' an seinem

F i g. 3 zeigt die Stillstandsdichtung. Außendurchmesser dienen.

Die in F i g. 1 gezeigte Abdichtung dient dazu, die Bezüglich näherer Einzelheiten über die Wirkungs-Stange 1, die sich in einer Bohrung des Gehäuses 2 ₅₅ weise der Abdichtung wird auf die Erläuterung der iin- und herbewegt, abzudichten. Der Ring 3 dichtet einzelnen Merkmale der Erfindung weiter oben verien Innenraum 4 des Gehäuses 2, der ein unter wiesen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung zwischen einer hin- und hergehenden Stange und der sie umgebenden Bohrung eines feststehenden Gehäuses, dessen Inneres ein unter Druck stehendes Medium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (9) gehäusefest angeordnet ist, im Dichtspalt in bezug auf den abzudichtenden Raum (4) vor der Dichtung eine weitere gehäusefeste, an der Stange (1) gleitende Dichtung (3) in einem Abstand zur ersten Dichtung (9) angeordnet ist, der größer als der maximale Hub der Stange ist, zwischen diesen beiden Dichtungen (3, 9) eine sich mit der Stange bewegende, an der Gehäusebohrung gleitende Dichtung (6) angeordnet ist und die beiden letztgenannten Dichtungen (3,6) rückschlagventilartig derart ausgebildet sind, daß sie bei Überdruck von der Seite des abzudichtenden Raumes her schließen, dagegen bei Druck von der Niederdruckseite (5,7) her den Durchtritt des Leckmediums gestatten.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von den beiden rückschlagventilartig ausgebildeten Dichtungen (3,6), dem Stangenumfang sowie der Gehäusebohrung begrenzte Pumpenraum (5) mit dem von der mit der Stange (1) beweglichen Dichtung (6), der erstgenannten Dichtung (9) und der Stange sowie der Gehäusebohrung begrenzten Entlastungsraum (7) über ein Absperrorgan (10) verbunden ist, das durch ein iede belastetes, dem Druck im Entlastungsraum ausgesetztes Kolbenglied (11) derart betätigbar ist, daß das Absperrorgan dann geöffnet ist, wenn der Druck im Entlastungsraum unter einem bestimmten Druck liegt, sonst aber geschlossen ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtung als in einer Nut axial verschiebliche Ringkolbendichtung (9') mit einer zur Niederdruckseite hin hohlkegeligen Stirnfläche ausgebildet ist und eine aus elastisch nachgiebigem Material bestehende konische Dichtung (14) nachgeschaltet ist, die mit ihrem verjüngten Ende in die hohlkegelige Stirnfläche der ersten Dichtung (9') eingreift, sich an der Nutwand (16) abstützt und in spannungslosem Zustand ein geringes Spiel gegenüber der Stange (1) aufweist, derart, daß bei axialem Druck des Ringkolbens auf die konische Dichtung sich zumindest deren dem Gehäuseinneren zugewandter Bereich dichtend an die Stange anlegt (F ig. 3).

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte Dichtung (9) aus einem Ring mit rechteckigem Querschnitt besteht, der mit Spiel in einer Ringnut der Gehäusebohrung liegt und dichtend sowohl an der Stange (1) als auch an einer der Nutflanken anliegt.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere gehäusefeste Dichtung (3) aus einem Ring mit rechteckigem Querschnitt besteht, der mit axialem Spiel in einer Ringnut der Gehäusebohrung liegt und an seiner dem Gehäuseinneren (4) zugewandten Seite mit an sich bekannten Ausnehmungen versehen ist, die den am Ring angrenzenden, dem Gehäuseinneren zugewandten Raum (4] mit dem Nutgrund verbinden.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Stange (1) bewegliche Dichtung (6) aw. einem Ring mit rechteckigem Querschnitt besteht, der mit axialem Spiel in einer Ringnut der Stange liegt und an seiner dem Gehäuseinneren (4) zugewandten Seite mit an sich bekannten Ausnehmungen versehen ist, die den am Ring angrenzenden Pumpenraum (5) mit dem Nutgrund verbinden.

7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (3, 6,9) ungeschlitzt sind und unter Eigenspannung an ihren Gleitflächen anliegen-

8. Dichtungsanordnung nach einem uer Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (3, 6,9) nach Art eines Kolbenringes geschlitzt sind.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (3. 6,9) durch Eigenfederung mit ihren zylindrischen Dichtflächen an den Gegenflächen zur Anlage gebracht werden.

10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (3, 6,9) durch Spannringe mit ihren zylindrischen Dichtflächen an den Gegenflächen zur Anlage gebracht werden.

11. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (3, 6,9) aus einem Werkstoff mit Selbstschmierungseigenschaften bestehen.

12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (3, 6,9) durch Lippendichtungen gebildet werden, wobei die Innenseiten der Lippen dem Gehäuseinneren (4) zugewandt sind.