DE2325000B2 - Dichtung fuer hydraulische kolben oder kolbenstangen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen mit einem Dichtring aus Kunststoff, im wesentlichen auf der Basis von Polytetrafluoräthylen, als Berührungsdichtung zwischen ruhendem und bewegtem Maschinenteil und einem den Dichtring radial spannenden und abdichtenden, gummielastischen Spannring, wobei der Dichtring eine der Hochdruckseite zugewandte Kante hat, an der das Anpreßmaximum liegt.

Aus dem DE-Gbm 72 12 905 ist eine solche Dichtung für hydraulische Kolbenstangen bekannt, bei welcher der Dichtring mit einer zylindrischen Innenfläche am Umfang der Kolbenstange anliegt. Die Außenfläche ist kegelförmig und nimmt in Richtung auf die Hochdruckseite im Durchmesser ab. Der gummielastische Spannring steht hochdruckseitig erheblich über den Dichtring über. Auch wenn bei dieser bekannten Dichtung bei Fehlen eines Mediumdruckes das hochdruckseitige Ende des Dichtringes von dem Spannring stark belastet wird, wird diese Belastung im Betriebsfall vermindert, weil der Mediumdruck von innen auf den gummielastischen Spannring wirkt und dadurch den Spannring von dem Dichtring abzuheben trachtet. Außerdem trägt der Dichtring bei Abnutzung seiner hochdruckseitigen Kante mit seiner gesamten Zylinderfläche, so daß die Anpressung der hochdruckseitigen Kante bald verlorengeht. Dadurch werden aber die Dichtungseigenschaften der bekannten Dichtung im Betrieb sehr schnell drastisch vermindert.

Aus dem DE-Gbm 19 83 862 ist ein Dichtring für gegeneinander rotierende Maschinenteile bekannt, der einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist, der sich in Richtung auf die Hochdruckseite hin verbreitert, jedoch eine zur Hochdruckseite gerichtete Stufe aufweist, so daß der Dichtring zwei der Hochdruckseite zugewandte Kanten hat, mit denen er an den abzudichtenden Maschinenteilen anliegt und von denen sich die eine am hochdruckseitigen Ende des Dichtringes und die andere etwa im Bereich von dessen Mitte befindet.

In diesem Fall liegt jedoch an keiner der beiden Kanten ein durch die Spannkräfte der Dichtung selbst bedingtes Anpreßmaximum, weil die Dichtung mit ihren den Kanten gegenüberliegenden Teilen nicht an den Maschinenteilen anliegt. Zwar kann der Mediumdruck bewirken, daß die am hochdruckseitigen Ende liegende Kante mit erheblicher Kraft an das benachbarte Maschinenteil angepreßt wird, jedoch können diese

ίο vom Mediumdruck ausgeübten Kräfte gleichzeitig die Tendenz haben, die andere Kante vom benachbarten Maschinenteil abzuheben. Findet ein Kippen des Spannringes um die am hochdruckseitigen Ende liegende Kante statt, wird hierdurch der Keilspalt, der sich an die etwa in der Mitte der Dichtung liegende Dichtkante zur Niederdruckseite hin anschließt, vergrößert, was ebenfalls für die Wirkung dieser Dichtung von Nachteil ist. Im übrigen dürfte es schwierig sein, diese bekannte Dichtung für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen anzuwenden, die eine axial gerichtete Bewegung gegeneinander ausführen.

Endlich ist aus dem DE-Gbm 19 18 043 ein gummielastischer Dichtungsring nach Art eines O-Ringes bekannt, der an seinem dem bewegten Maschinenteil zugewandten Abschnitt des Umfanges eine Stufe aufweist, so daß er mit der Spitze dieser Stufe an dem bewegten Maschinenteil anliegt. Der Ring wird so eingebaut, dcß die von der Stufe gebildete Kante der Hochdruckseite zugewandt ist. Im eingebauten Zustand

Μ liegt der bekannte Dichtungsring infolge seiner Elastizität mit einem sich an die Kante niederdruckseitig anschließenden Abschnitt erheblicher Länge an dem benachbarten Maschinenteil an. Der auf der Hochdruckseite sich an die Kante anschließende Spalt verengt sich zunächst, bevor er sich beim Übergang in die hochdruckseitige Stirnfläche des Ringes wieder erweitert. Diese Form des Ringes wird im Betrieb durch die von dem bewegten Maschinenteil ausgeübten Reibungskräfte durch wechselnde Deformation erheblieh gestört. Insbesondere findet eine Verformung der der Hochdruckseite zugewandten Kante des Dichtungsringes statt, welche die an sich günstigen Wirkungen dieser Kante beeinträchtigt. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich in dem sich an die Kante anschließen-

■»5 den, zur Hochdruckseite hin verengenden Raum durch das eingeschleppte Medium ein sehr hoher Druck aufbaut, der wenigstens teilweise zu einem Abheben des Dichtungsringes führt. Auch niederdruckseitig kann sich bei dem Querschnitt des Ringes und der infolge der

so Betriebskräfte auftretenden starken Deformationen des gummielastischen Materials keine definierte Gestalt des Dichtungsringes einstellen. Es ist daher nicht zu erwarten, daß die aus dem DE-Gbm 19 18 043 bekannte Dichtung insgesamt zu besseren Ergebnissen führt als ein einfacher O-Ring. Vielmehr sind sogar noch schlechtere Ergebnisse zu erwarten, weil die Wirkung des sich niederdruckseitig an die Kante anschließenden Abschnittes des Dichtungsringes, der im wesentlichen wie ein O-Ring wirkt, durch den Druckaufbau in dem sich hochdruckseitig davorliegenden Spalt eher gestört als gefördert wird.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß bei geringer Reibung und hoher

^hr> Standfestigkeit der Dichtung eine extrem kleine Leckrate erzielt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kante von einer am Dichtring

vorhandenen Stufe gebildet wird, die — in axialer Richtung gesehen — im mittleren Bereich des Dichtringes liegt, daß die Umfangsfläche des Dichtringes von der Kante ausgehend zur Niederdruckseite hin unter einem kleinen Keilwinkel zur Gegenlauffläche geneigt ist und daß der Dichtring nur an der niederdruckseitigen Stirnfläche sich axial in der Ausnehmung abstützend angeordnet ist, so daß der radiale Anpreßdruck des Spannringes eine Kippbewogung des Dichtringes um dessen dichtende Kante bewirkt und dadurch der Keilwinkel in Abhängigkeit vom Anpreßdruck verringert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Dichtung liegt der Dichtring am Übergang von der Stufe zum Keilwinkel mit einer axial sehr kurzen Berührungsfläche an der Gegenlauffläche an. Diese axial sehr kurze Berührungsfläche bleibt auch bei einer gewissen Abnützung voll erhalten, weil keine anderen Teile des Dichtringes zum Tragen kommen. Im Bereich dieser sehr kurzen Berührungsfläche herrscht eine sehr hohe Flachenpressung, die an der der Hochdruckseite zugewandten Kante sofort sehr steil ansteigt. Hierdurch wird eine hervorragende Abdichtung erzielt, die auch durch Verschleiß nicht nennenswert vermindert wird. Darüber hinaus sorgt der Keilspalt zwischen der sich von der Kante zur Niederdruckseite hin erstreckenden Umfangsfläche des Dichtringes und der Gegenlauffläche für ein Rückschleppen von Leckölmengen, was dazu führt, daß die erfindungsgemäße Dichtung über große Zeiträume hinweg mit vernachläßigbar kleinen Leckraten arbeitet. Dabei stellt sich die Größe des Keilspaltes in Abhängigkeit vom Druck des abzudichtenden Mediums selbsttätig auf einen günstigen Wert ein. Das hochdruckseitig sich im Bereich der Stufe befindende Medium hebt wenigstens teilweise den Druck des Spannringes auf, so daß bei Erhalt des Anpreßmaximums an der der Hochdruckseite zugewandten Kante die resultierende K raft des Spannringes in bezug auf die Kante zur Niederdruckseite hin verschoben ist. Hierdurch entsteht ein gewisses Kippmoment, welches bestrebt ist, den niederdruckseitigen Keilwinkel zu vermindern. Diese einseitige Belastung des Dichtringes wird um so größer, je höher der Mediumdruck ist, je höher also hochdruckseitig die Wirkung des Spannringes aufgehoben wird. Damit wird der Keilwinkel um so kleiner und infolgedessen seine rückschleppende Wirkung um so größer, je größer der Mediumdruck ist. Hierdurch ist eine in weiten Grenzen optimale Wirkung der erfindungsgemäßen Dichtung gewährleistet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die F i g. 1 bis 3 der Zeichnung zeigen verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Dichtung im Querschnitt.

Die in F i g. 1 dargestellte Dichtung besteht aus einem aus Kunststoff bestehenden Dichtring 1 und einem konzentrisch zum Dichtring angeordneten, gummielastischen Spannring 2. Beide Ringe befinden sich in der Nut 3 eines Bauteiles 4, das in der Lage ist, gegenüber einem zweiten Bauteil 5 eine Relativbewegung auszu- e>o führen. Der Dichtring 1 liegt an der Gegenlauffläche 6 des zweiten Bauteils 5 an. Die Anordnung ist zur Achse 1 oder Il rotationssymmetrisch. Ist die Achse I die Symmetrieachse, so handelt es sich um eine Kolbendichtung. Ist dagegen die Achse 11 die Symmetrieachse, so hi handelt es sich um eine Stangendichtung.

Der Dichtring 1 weist, in axialer Richtung gesehen, in seinem mittleren Bereich eine rechtwinklige Stufe 7 auf, so daß eine der Hochdruckseite H zugewandte Kante entsteht, an die sich ein zur Hochdruckseite hin offener, verhältnismäßig großer Spalt zwischen der zylindrischen Mantelfläche 8 des Dichtringes 1 und der Gegenlaiuffläche 6 des abzudichtenden Maschinenteils 5 entsteht. Im Anschluß an die Stufe 7 ist die Umlauffläche 9 des Dichtringes 1 von der Kante ausgehend zur Niederdruckseite N hin unter einem kleinen Winkel zur Gegenla.uffläche 6 konisch geneigt, so daß dort ein sich zur Niederdruckseite N öffnender, im Querschnitt keilförmiger Spalt 10 bildet.

Arn Übergang von der Stufe 7 zu der unter einem kleinen Winkel geneigten Umfangsfläche 9 liegt der Dichtring 1 mit einer schmalen Berührungsfläche 11 an der Gegenlauffläche 6 des Teiles 5 an.

Der auf der Hochdruckseite H herrschende Druck des Mediums dringt ungedrosselt in den von der Stufe 7 gebildeten Spalt zwischen der Gegenlauffläche 6 und der Mantelfläche 8 des Dichtringes 1 ein und entlastet bis zur Stufe 7 in radiater Richtung die ihm entgegenwirkenden und die Flächenpressung an der Berührungsstelle 11 bestimmenden radialen Kräfte des Dichtringes 1 und des Spannringes 2. Durch Variation der Länge D kann der gewünschte Grad der Entlastung festgelegt werden. Diese Festlegung ist ein Kompromiß zwischen Leckage auf der einen Seite und Verschleiß und Reibung der Dichtung auf der anderen Seite und hängt von den Einsatzbedingungen der Dichtung ab. Für viele Anwendungszwecke hat sich als ein besonders günstiges Verhältnis der Länge D zur axialen Gesamtlänge des Dichtringes von 2 : 5 herausgestellt. Die Höhe der Stufe 7 sollte mindestens 0,3 mm betragen.

Der V/inkel des sich zur Niederdrucksette hin an die Stufe 7 anschließenden, im Querschnitt keilförmigen Spaltes 10 soll wegen des erstrebten, sanften Prcssungsabfalls auf der Niederdruckseite nur klein sein. Er beträgt bei Dichtringen aus Kunststoff vorzugsweise 5° bis 10°. Dieser Wert hat sich besonders zur Abdichtung von üblichem Hydrauliköl als günstig erwiesen. Für andere Fluide ergeben sich andere Optimalwerte der genannten Parameter. Im übrigen ändert sich der Winkel des keilförmigen Spaltes 10 in Abhängigkeit vom Mediumdruck durch eine leichte Kippbewegung des Dichtringes 1.

Die in F i g. 2 dargestellte Dichtung unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 1 im wesentlichen nur darin, daß die Stufe 17 des Dichtungsringes 11 nicht rechteckig, sondern in einem Bogen in die Mantelfläche 18 übergeht. Hierdurch wird praktisch keine Veränderung im Verhalten der Dichtung erzielt. Es wird jedoch unter Umständen die Herstellung des Dichtringes etwas vereinfacht.

Schließlich kann die der Hochdruckseite zugewandte Stufe 27 mehrstufig ausgebildet sein, wie es bei dem Dichtring 21 der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform der Fall ist. Auch hierdurch ergeben sich keine nennenswerten Änderungen in der Wirkungsweise der Dichtung.

Die F i g. 2 und 3 zeigen weiterhin, daß es möglich ist, Spannringe 12 bzw. 22 mit Querschnitten zu wählen, die von der Form eines O-Ringes abweichen, wie er bei dem AusfOhrungsbeispiel nach F i g. 1 verwendet ist. Durch die Waihl entsprechender Ausführungsformen des Spannringes läßt sich die Verteilung der Spannkraft auf die axiale Länge des Dichtringes in optimaler Weise verteilen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1
Patentanspruch:

Dichtung für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen mit einem Dichtring aus Kunststoff, im wesentlichen auf der Basis von Polytetrafluoräthylen, als Berührungsdichtung zwischen ruhendem und bewegtem Maschinenteil und einem den Dichtring radial spannenden und abdichtenden, gummielastischen Spannring, wobei der Dichtring eine der Hochdruckseite zugewandte Kante hat, an der das Anpreßmaximum liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante von einer am Dichtring

(1) vorhandenen Stufe (7) gebildet wird, die — in axialer Richtung gesehen — im mittleren Bereich des Dichtringes liegt, daß die Umfangsfläche (9) des Dichtringes von der Kante ausgehend zur Niederdruckseite (N) hin unter einem kleinen Keilwinkel zur Gegenlauffläche (6) geneigt ist und daß der Dichtring nur an der niederdruckseitigen Stirnfläche sich axial in der Ausnehmung abstützend angeordnet ist, so daß der radiale Anpreßdruck des Spannringes

(2) eine Kippbewegung des Dichtringes um dessen dichtende Kante (H) bewirkt und dadurch der Keilwinkel in Abhängigkeit vom Anpreßdruck verringert wird.