DE2440874A1

DE2440874A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE2440874A1
Application number: DE2440874A
Authority: DE
Inventors: William Bruce Gripe; Melvin Horace Norman
Original assignee: Amot Controls LLC
Current assignee: Amot Controls LLC
Priority date: 1973-08-27
Filing date: 1974-08-23
Publication date: 1975-03-13
Also published as: GB1451558A; JPS5050540A; FR2242615A1; FR2242615B1; IT1020183B; US3926444A

Description

ElKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

Amot Controls Corporation 281/2

Dichtungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen zwei Flächen, von denen die eine eine Ringnut mit einem Boden und zwei gegenüberliegenden Seitenwänden zur Aufnahme eines Dichtungsringes aus elastomerem Material enthält.

In der Regel werden zwei Arten von Dichtungsringen, die auch als O-Ringe bezeichnet werden^verwendet. Im einen Fall ist der O-Ring so bemessen, daß er mechanisch -zwischen dem Boden der Ringnut und der gegenüberliegenden zylindrischen Fläche, die abgedichtet werden soll, gequetscht wird, so daß mit beiden Flächen zugleich ein Preßsitz hergestellt wird. Bei richtigem Einbau läßt sich auf diese Weise eine befriedigende Abdichtung erzielen. Wegen der unvermeidbaren Toleranzen von Zylindern, Kolben und O-Ringen muß jedoch eine beträchtlicheQuetschung vorgesehen werden, damit in jedem

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Falle eine ausreichende Dichtung erzielt wird, was aber zwangsläufig zu hohen ReiDungskräften führt.

Die zweite Dichtungsart ist die sog. schwimmende O-Ringdichtung, "bei derzwar auch der O-Ring gegen die benachbarte zylindrische Fläche gepresst wird, jedoch hat hier der In&enumfang des O-Ringes vom Boden der Nut einen Abstand. Die Dichtung wird hier an den Seitenwänden der !Tut und der benachbarten zylindrischen Fläche bewirkt. Bei dieser Dichtungsanordnung ist die Reibung erheblich geringer. Um jedoch eine Dichtung zu erzielen, ist wesentlich, daß der O-Ring seitlich über das Innere der Ringnut in Dichtungseingriff mit einer der Futseitenwände bewegt wird. Eine solche Verlagerung tritt zuverlässig auf, wenn ein schneller Druckaufbau oder ein "Stoß" den Ring in seine Dichtungslage bewegt. Bildet sich der Druck jedoch langsam auf, was oft der Fall sein kann, ergibt sich häufig ein so starker Nebenschluß um den Ring herum, daß sich nicht der erforderliche Druck auf bauen kann, um den Ring in seine Dichtungsposition zu bewegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung zu schaffen, die auch dann noch sicher wirksam ist, wenn sich der Druck an der Ringnut nur langsam aufbaut, ohne daß eine erhöhte Reibung in Kauf genommen werden muß.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ring einen Wulst mit einem so bemessenen teilkreisförmigen Querschnitt aufweist, daß dieser nach Einsetzen in die Hut zwischen deren Seitenwänden bin- und herbewegbar ist und aus der Hut so weit herausragt, daß er in Eingriff mit einer relativ zu ihm bewegbaren abzudichtenden Fläche zu bringen ist, daß sich radial nach innen an den Wulst in dessen Mittelebene ein ringförmiger und kompressibler Steg anschließt, der mit dem Wulst ein Teil bildet und eine kleinere

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Dicke als der halbe Durchmesser des Wulstes hat, so daß der kreisförmige Außenumfang des -Wulstes sich über einen Winkel von über 18o° erstreckt und dadurch drei senkrecht zueinander orientierte gekrümmte Dichtungsflächen bildet, die mit den Seitenwänden der !Tut und mit der bewegbaren Fläche in Eingriff sind, daß die radialen Abmessungen des Steges wenigstens gleich dem Durchmesser des Wulstes sind, und daß das Material, aus dem der Dichtungsring besteht, eine Shore-A-Härte von etwa 60 bis 80 besitzt.

Vorzugsweise sind die Abmessungen des Ringes so gewählt, daß sowohl der Wulst an der zylindrischen Fläche als auch der Steg am Boden der Nut unter Druck anliegt.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, die radialen Abmessungen des Steges größer als die radialen Abmessungen des Wulstes zu machen.

Eine Verringerung der Reibung und eine Verlängerung der Lebensdauer des Dichtungsringes läßt sich erreichen, wenn in die zwischen dem Steg und den Seitenwänden der Nut gebildeten Zwischenräume ein Schmiermittel eingebracht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer

erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtung zwischen zwei miteinander zusammenwirkenden Teilen;

Pig. 2 eine Draufsicht auf den Dichtungsring;

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Pig. 3 eine Stirnansicht des Ringes;

Pig. 4 einen Teilquerschnitt des Dichtungs

ringes und der mit ihm zusammenwirkenden Teile in der einen Dichtungsposition des Ringes;

Pig. 5 eine ähnliche Querschnittsdarstellung

wie in Pig. 4, die jedoch den Ring in der zweiten Dichtungsposition zeigt;

Pig. 6 einen Teilquerschnitt des Dichtungs

ringes.

Der in der Zeichnung dargestellte Dichtungsring 11 ist für eine Anbringung in einer üblichen Ringnut 12 bestimmt, die eine Bodenwand 13 und zwei gegenüberliegenden Seitenwände und 17 besitzt. Der Dichtungsring enthält einen Wulst 18, der so bemessen ist, daß er in der Nut 12 zwischen den Seitenwänden 16 und 17 hin- und herbewegt werden kann und aus der Öffnung der Rille so weit herausragt, daß er mit einer relativ bewegbaren Pläche 19» die abgedichtet werden soll, in Eingriff ist. Perner enthält der Dichtungsring druckabhängige Mittel, um die Wulst 18 über das Innere der Nut in Diehtungseingriff mit einer der Seitenwände zu bringen. Diese Mittel bestehen hier aus einem ringförmigen, flexiblen und kompressiblen Steg 21, der sich radial nach innen an den Wulst 18 konzentrisch anschließt und - was wichtig ist - einen so bemessenen Innenrand 22 besitzt, daß mit der Bodenwand 13 unter Druck eine Abdichtung geschaffen wird.

Aus Pig. 4 bis 6 ist ersichtlich, daß die freie Umfangslinie des Wulstes bei einem Schnitt in einer axial verlaufenden Ebene größer als 18o° ist, so daß dadurch drei etwa senkrecht

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zueinander orientierte Dichtungsflächen 27, 28 und 29 gebildet werden, die in gleicher Weise wie die erwähnte bekannte Lichtung mit schwimmendem O-Ring in Dichtungseingriff mit den Rillenseitenwänden 16 und 17 und der gegenüberliegenden Fläche 19 stehen. Die wesentliche Verbesserung, die durch die vorliegende Erfindung erzielt wird, ist der niit dem Wulst einstückig ausgebildete konzentrische Steg 21, der sich bis an die Nutbodenwand 13 erstreckt und dort eine Dichtung bildet. Auf den beiden Seiten des Steges werden demzufolge Druckkammern 31 und 32 gebildet, die einen aktiven Flüssigkeitsantrieb darstellen, um de'n Wulst 18 in eine seiner beiden Dichtungspositionen entsprechend Fig.■4 und 5 zu bringen. Wenn beispielsweise ein Flüssigkeitsdruck von oben einwirkt, was in Fig. 1 und 4 der Fall ist, bildet sich ein Flüssigkeitsdruck in der Kammer 31 zwischen der Seitenwand 16 und dem Steg 21 auf, der den Wulst 18 nach unten treibt und die Dichtungsfläche 29 mit der Nutseitenwand 17 in Dichtungseingriff bringt. Da der Ring an den gegenüberliegenden Flächen 22 und 28 abgedichtet ist, wird durch den in der Kammer 31 aufgebauten Druck der Ring zwangsläufig in die abgedichtete Position gebracht, unabhängig davon, ob der Druckaufbau rasch oder langsam erfolgt. Wenn andererseits vom Boden des Teils 33 her Flüssigkeit unter Druck zugeführt wird, baut sich ein Flüssigkeitsdruck in der Kammer 32 auf, der den Wulst 18 gegen die Seitenwand 16 bewegt und mit dieser die Dichtungsfläche 27 in Eingriff bringt.

Der erfindungsgemäße Dichtungsring besteht aus weichem · kompressiblem Gummi, das üblicherweise für O-Ringe verwendet wird und eine Shore-A-Härte von etwa 6o bis 8o hat. Nitrilbuna oder Buna N ist ein üblicher Grundstoff für O-Ringe, jedoch kann auch Fluorcarbongummi verwendet werden. Für den erfindungsgemäßen Dichtungsring ist es ferner wichtig, den

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Steg im Vergleich zum Wulst verhältnismäßig lang und dünn zu "bemessen, damit die Dichtung zwischen der Umfangsfläche des Ringesund der Bodenwand 13 mit kleinstem Druck4rfolgt, um so auch die Reibung zwischen den relativ zueinander "bewegten Flächen 19 und 28 klein zu machen. Vorzugsweise ist die radiale Abmessung d-^ des Steges 21 in Pig. 6 wenigstens gleich und vorzugsweise größer als der Durchmesser &2 ^es Wulstquerschnittes in der axial verlaufenden Ebene gemäß Pig. 6, so daß die radialen Abmessungen des Steges 21 größer als die radialen Abmessungen des Wulstes sind. Auch die Stegdicke d* ist vorzugsweise nicht größer als etwa der halbe Wulstdurchmesser dg> um eine leichte Biegbarkeit und Kompressibilität des Steges zu erzielen,und der Steg ist einteilig mit dem Wulst in dessen Mittelebene verbunden, so daß er einen Abstand von den drei rechtwinklig angeordneten gekrümmten Dichtungsflächen 27, 28 und 29 hat. Die Dicke des Steges 21 ist im Bereich des Innenrandes 22 auf die Dicke d, vermindert, wodurch die zur Abdichtung zwischen der Fläche 22 und der Bodenwand 13 erforderliche Kraft verringert wird. Die gleichzeitige Abdichtung des Steges und des Wulstes kann durch Bemessung der Ringdurchmesser dieser Teile bewirkt. Dies läßt sich auf zweierlei Wegen erreichen. Wenn der Wulst den Steg umgibt, wird der Innendurchmesser des Steges etwas kleiner als der Durchmesser der Bodenwand gewählt, während der Außendurchmesser des Wulstes etwas größer als der Innendurchmesser der Fläche 19 gemacht wird. Da nur ein kleiner Druck zur Erzielung der Abdichtung des Steges erforderlich ist, kann der Eingriff des Innenrandes 22 mit der Bodenwand 13 ausschließlich durch die Quetschwirkung, die die Fläche 19 auf den Ring ausübt, erzielt werden. Dieser Zustand läßt sich sogar dann erreichen, wenn der Innendurchmesser des Randes 22 größer als der Außendurchiaesser der Bodenwand 13 ist. In jedem Falle wird die erforderliche

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Kraft im Vergleich zu dem üblichen O-Ring, der zwischen einem Zylinder und der Bclenwand der Ringnut zusammengequetscht wird, "beträchtlich verringert. Fig. 1 zeigt zwar die Anordnung eines Dichtungsringes in einem Kolben, der mit einer Zylinderwand 19 zusammenarbeitet, jedoch ist die Erfindung auch in umgekehrter Weise anwendbar, indem ein Dichtungsring im Zylinder angeordnet wird, der eine Abdichtung gegen eine axial hin- und herbewegte Achse oder Welle bewirkt. Im ersten Pail umgibt der Wulst den Steg. Im zweiten Fall umgibt der Steg den Wulst. Sonst sind alle Beziehungen und Funktionen gleich.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Druckkammern 31 und 32 ideale Schmiermittelspeicherkammern sind, um den Arbeitsflächen allmählich ein Schmiermittel zuzuführen, wodurch die Reibung vermindert und die Lebensdauer des -^inges erhöht wird. Durch die wechselnde Verschiebung des Ringes in der Ringnut wird das Schmiermittel in der erforderlichen Weise den Arbeitsflächen zugeführt. Beispielsweise hat die erfindungsgemäße Dichtung an einem pneumatischen Steuerventil einwandfrei und genau bei einer Testreihe bis zu-5o Mio. Arbeitsspielen funktioniert, wobei nach etwa 25 Mio. Arbeitsspielen erneut geschmiert wurde. Wenn der Dichtungsring in Ventilen verwendet wird, beispielsweise bei einem Tauchspulenregler, kann der Durchmesser des Wulstes ziemlich weit der Breite der !Tut angenähert werden, so daß eine minimale Ringverschiebung erforderlich ist, tun die wechselnde Dichtungsfunktion auszuüben. Eine solche Anordnung erlaubt die Öffnung und das Schließen von Ventilöffnungen mit reproduzierbarer Genauigkeit und minimaler axialer Bewegung der Spule. Ferner kann der erfindungsgemäße Dichtungsring mit größeren Toleranzen gefertigt werden als der übliche O-Ring, da insgesamt die benötigte Kraft für

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die/gleichzeitige Dichtung an der Zylinder fläche und der Fufbodenwand geringer ist.

Torzugsweise divergieren die Seitenwände 16 und 17 der Ringnut 12 von der Bodenwand 13 in der ersichtlichen Weise, um die Breite der Hut an seiner Bodenfläche zu verringern und damit auch die Größe der Bewegung, die der Dichtungsring dort ausführt. Ferner unterstützt die allmähliche Quetschwirkung des Steges in Richtung auf den Wulst ein Rollen des Wulstes und eine gesteuerte Freigabe von Schmiermitteln.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

Anordnimg zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen zwei Flächen, von denen die eine eine Ringnut mit einem Boden und zwei gegenüberliegenden Seitenwänden zur Aufnahme eines Dichtungsringes aus elastomerem Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (11) einen Wulst (18) mit einem so bemessenen teilkreisförmigen Querschnitt aufweist, daß dieser nach Einsetzen in die !Tut (12) zwischen deren Seitenwänden (16, 17) hin- und herbewegbar ist und aus der Nut so weit herausragt, daß er in Eingriff mit einer relativ zu ihm "bewegbaren abzudichtenden Fläche zu bringen ist, daß sich radial nach innen' an den Wulst (18) in dessen Mittelebene ein ringförmiger, flexibler und kompressibler Steg (21) anschließt, der mit dem Wulst (18) ein Teil bildet und eine kleinere Dicke als der halbe Durchmesser des Wulstes hat, so daß der kreisförmige Außenumfang des Wulstes sich über einen Winkel Ton über 18o° erstreckt -und dadurch drei senkrecht zueinander orientierte gekrümmte Dichtungsflächen (27, 28, 29) bildet, die mit den Seitenwänden (16, 17) der Mut und mit der bewegbaren Fläche (19) in Eingriff sind, daß die radialen Abmessungen des Steges wenigstens gleich dem Durchmesser des Wulstes sind, und daß das Material, aus dem der Dichtungsring (11) besteht, eine Shore-A-Härte von etwa 6o bis 8o besitzt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abdichtung eines/£wischenraums von zwei in Achsrichtung gegeneinander bewegbaren Teilen, von denen einer die Nut enthält und der andere die der Nut zugekehrte zylindrische Fläche aufweist, die Abmessungen des Ringes

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- Io -

(11) so gewählt sind, daß sowohl der Wulst (18) an der zylindrischen Fläche (19) als auch der Steg (21) am Boden (13) der Hut (12) unter Druck anliegt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Abmessungen des Steges (21) größer als die radialen Abmessungen des Wulstes (1(3) sind.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwischen dem Steg (21) und den Seitenwänden (16, 17) der Mut gebildeten Zwischenräumen (31, 32) ein Schmiermittel Torgesehen ist.

-o^v
5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (16, 17) der Nut (11) vom Boden (13) nach außen divergieren.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (21) an seinem inneren Umfang (22) eine verringerte Dicke aufweist.

Bs/so

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