DE2747332B2

DE2747332B2 - Kolbenringanordnung, insbesondere für Kolben pneumatischer Arbeitszylinder

Info

Publication number: DE2747332B2
Application number: DE2747332A
Authority: DE
Inventors: Kurt 7300 Esslingen Stoll
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Priority date: 1977-10-21
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1980-12-11
Also published as: US4244280A; DE2747332A1; DE2747332C3; GB2006389A; GB2006389B

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenringanordnung, insbesondere für Kolben pneumatischer Arbeitszylinder, mit einer Ringnut am Kolbenumfang, in der ein einstückiger äußerer Führungs- und Dichtungsring aus Kunststoff sowie ein auf den Führungs- und Dichtungsring radial nach außen einwirkender, sich am Nutgrund abstützender einstückiger Auflagering aus elastischem Material angeordnet sind, wobei der Führungs- und Dichtungsring mehrere in axialer Richtung aufeinanderfolgende, am Innenumfang des Zylinders anliegende, mit axialem Abstand zueinander angeordnete Führungsringpartien besitzt, die jeweils eine scheibenartige Dichtleiste bilden und zwischen sich vertiefte Zwischenräume enthalten, durch die eine scharnier- oder gelenkartige Verbindung zwischen den jeweils angrenzenden Führungsringpartien gebildet wird.

Es sind bereits Kolbenringanordnungen der hier in Frage stehenden Art bekannt geworden, bei denen ein flacher Führungs- und Dichtungsring, der im Querschnitt die Gestalt eines länglichen Rechtecks hat, in einer Nut am Kolbenumfang sitzt und hierbei unter der Wirkung eine«; O-Ringe«; oder eines sogenannten Quadringes steht, der bestrebt ist, den FUhrungs- und Dichtungsring radial nach außen zu drücken. Solche Ringe üben, wie sich schon aus ihrem Namen ergibt, einerseits eine Führungsfunktion - der Kolben wird im Zvlinder geführt — aus, andererseits haben sie auch eine Abdichtungsfiinktion. indem sie die beiden Räume, die durch den Kolben voneinander getrennt sind, gegeneinander abdichten. Hei diesen bekannten Anordnungen ist

ίο

jedoch die Abdichtung nicht optimal, ganz abgesehen davon, daß der Führungs- und Dichtungsring ein starres Gebilde darstellt, das sich u. U. verkanten kann, so daß die Abdichtung noch weiter in Frage gestellt und auch die Führungsfunktion nicht mehr einwandfrei erfüllt wird. Bei anderen bekannten Anordnungen sind am Kolben zwei separate Ringe vorgesehen nämlich einerseits ein Dichtungsring und andererseus ein Führungsring. Hier ist jedoch der Aufwand zu groß. Man hat deshalb auch schon mit der CH-PS 4 61 203 eine Kolbenringanordnung der hier in Frage stehenden Art vorgeschlagen, die außen einen Führungs- und Dichtungsring besitzen, Jer zwar einstückig ist, aber durch in Abstand voneinander angeordnete vertiefte Zwischenräume in einzelne aufeinanderfolgende, scharnier- oder gelenkartig miteinander verbundene Führungsringpartien unterteilt ist, und die weiterhin innen einen sich am Nutgrund abstützenden Auflagering aus elastischem Material aufweisen, der den Führungs- und Dichtungsring radial nach außen drückt Auch bei dieser bekannten Anordnung ist jedoch eine einwandfreie Abdichtung und Führung nicht gewährleistet, einmal weil die Außenflächen des Führungs- und Dichtungsrings nicht in einer einzigen Ebene enthalten sind, und zum anderen auch deswegen nicht, weil wegen der Form des Auflagerings eine Anpassung an evtl. Unebenheiten in der Zylinderinnenwandung nicht möglich ist. Dies trifft im wesentlichen auch für die Anordnung nach dem DE-GM 69 37 506 zu, bei der der einstöckige Außenring aus gewebeverstärktem Material, der nicht durch Vertiefungen oder Nuten unterteilt ist und demzufolge kaum in sich elastisch ist, im mittleren Bereich eine nach außen gerichtete Wölbung mit einer Schmiermitteltasche aufweist, während der Innenring sich ebenfalls nicht oder kaum an evtl. Unebenheiten in der Zylinderinnenwandung anpassen kann.

Die Erfindung will hier Abhilfe finden und hat sich zu diesem Zweck die Aufgabe gestellt, eine Kolbenringan-Ordnung für Kolben druckluftbetriebener Zylinder, insbesondere im Niederdruckbereich, zu schaffen, bei der in einfache!, kostengünstiger Bauweise bei möglichst geringer Reibung sowohl eine gute Führung, als auch eine gute Abdichtung — selbst bei unebenen oder unrunden Zylinderlauffiächen — erreicht wird.

Zu dem oben genannten Zweck ist gemä" der Erfindung bei der neuen Kolbenringanordnung vorgesehen, daß die ccheibenartigen Dichtleisten des Führungs- und Dichtungsringes ebene Außenflächen mit einer gemeinsamen Umhüllenden aufweisen und daß der elastische Auflagering den Führungs- und Dichtungsring annähernd über seine ganze Länge unterstützt und aus mehreren, in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Auflagepartien besteht, die jeweils durch dünnere Stege miteinander verbunden sind.

Der neue Kolben hat infolge der Verwendung der neuen Kombination von Dichtungs- und Führungsring und Auflagering in ihrer neuartigen Gestaltung den Vorteil einer besseren Abdichtung, weiterhin den Vorteil, daß sich der Ring besser an Unebenheiten in der Zylinderwand und an Durchmesscrunterschieden am Zylinderrohr anpassen kann, und schließlich auch noch den Vorteil, daß er wegen seiner Größe und Weite eine bessere Führungsfunktion ausführen kann. Die Tatsaehe. daß ein einstückiger Kolbenring vorgesehen ist. der sich praktisch über die ganze axiale Länge des Kalbens erstreckt, ergib; eine große Führungsflache, ein Verkippen wird vermieden. Die Ausnehmungen zwi-

sehen den Führungspartien bringen mit sich, daß trotz einer großen Führungsfläche die Reibung nur klein ist, außerdem erlauben sie die Verwendung von steifen Kunststoffen mit niederen Reibungskoeffizienten, zudem wird noch die Dichtheit erhöht, da sich ■> gewissermaßen eine Labyrinthdichtung ergibt Die Schwächungsstellen zwischen den Führungsringpartien und zwischen den Auflageringpartien erlauben eine Anpassung an Unebenheiten der Zylinderinnenwandung, sie stellen gewissermaßen Gelenke dar, welche die in Geschmeidigkeit der gesamten Anordnung zur Folge haben. Die Form des Auflagerings stellt sicher, daß alles gut vorgespannt und radial beweglich ist, so daß ein radiales Ausweichen des Führungs- und Dichtungsrings bei Unebenheiten des Zylinders möglich ist Die ii einstückige Ausbildung beider Ringe ergibt eine einfachere Herstellung und eine größe Dichtheit Insgesamt handelt es sich also bei der neuen Anordnung um eine mehrfache kolbenringartige, gewissermaßen mäanderartig wirkende Abdichtung, die zwischen den einzelnen Spaltdichtungen jeweils Zwischenräume aufweist, die zur geometrischen Verjüngung des Materialquerschnitts in solcher Weise dienen, Jaß eine scharnier- oder gelenkartige und damit in radialer Richtung nachgiebige Funktion der einzelnen Dichtleisten gewährleistet ist was eine optimale Abdichtwirkung mit sich bringt wobei auch noch die Führung durch die Form des Führungs- und Dichtungsrings verbessert wird. Hierbei kann z. B. auch noch vorgesehen sein, daß die Zwischenräume zwischen den Ringpartien als Schmierstoffreservoir dienen, wobei der Führungs- und Dichtungsring aus einem Kunststoffmaterial mit Gleiteigenichaften, z. B. aus einem Polyacetal oder aus einer Legierung zwischen Teflon und Kohlenstoff bestehen kann, so daß die neue Kolbenringanordnung nicht nur r> gut abdichtet, sondern gleichzeitig auch gute Gleiteigenschaften aufweist und Führungsfunktion übernimmt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die einzelnen Auflageringpartien O-ringartig ausgebildet sind und die beiden äußeren Auflageringpartien den axialen Endbereichen des Führungs- und Dichtungsringes gegenüberliegen. Eine solche neue Anordnung bringt <ien Vorteil mit sich, daß sich nunmehr der Führungs- und Dichtungsring infolge seiner großen axialen Erstrekkung und infolge dessen, daß er an be'den axialen Enden -^ elastisch abgestützt wird, nicht mehr verkanten kann, so daß besonders gute Gewähr dafür vorhanden ist, daß der Kolben gut und zuverlässig geführt ist, während die O-ringartige Ausbildung der Auflageringpartien für einwandfreie Abdichtung sorgt

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung in einer Seitenansicht in einem axialen Schnitt gezeigt.

Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kolben mit 1 bezeichnet die Kolbenstange mit 2, der Kolben besitzt eine Halterungspartie 3, außerdem ist noch eine Halterungsscheibe 4, z. B. aus Stahl, vorgesehen, die mit der Halterungspartie 3 eine Nute oder Ausnehmung 5 umschließt, in der der Führungs- und Dichtungsring 7 geführt ist. Die ta Zyliriderwand ist bei 6 dargestellt.

Der Kolben trägt den oben erwähnten Führungs- und Dichtungsring 7, der in der ringnutartigen Ausnehmung 5 am Kolbenumfang untergebracht ist, und einen elastischen Auflagen;^ 8. der die Aufgabe hat, den r, Führungs- und Dichtungsring in radialer Richtung nach außen zu drücken.

Der Führungs- und Dichtungsring besitzt mehrere.

z. B. fünf, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Zeichnung, in axialer Richtung aufeinanderfolgende vorspringende, jeweils eine Dichtleiste bildende Führungspartien 9, 10, 11, 12, 13, die am Innenumfang des Zylinders anliegen und jeweils für sich eine scheibenartige Dichtleiste bilden und die zueinander parallel sind und in radialer Richtung gesehen gleich weit vorstehen. Diese Dichtleisten oder Führungsringpartien stehen im übrigen auch gegenüber der Halterungspartie 3 und der Halterungsscheibe 4 am Kolben vor, wobei ihre ebenen Außenflächen in einer gemeinsamen Umhüllenden enthalten sind, die annähernd mit der Zylinderinnenwand zusammenfällt und zylindrische Gestalt hat. Zwischen den Führungsringpartien sind jeweils vertiefte Zwischenräume oder Ausnehmungen 15, 16, 17, 18 vorgesehen, die nach außen (bei i8n) offen sind und innen eine einem Kreisbogen folgende Kontur (18ty haben und die einerseits als Schmierstoffreservoir dienen und andererseits bewirken, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Ringpartien 9 ivJ 10 bzw. 10 und 11 bzw. 11 und 12 bzw. 12 und 13 jeweils öirch n&ch Art eines Scharniers oder Gelenkes wirkende geschächte Stellen 20,21,22,23 miteinander verbunden sind, so daß sich insgesamt ein flexibles Gebilde ergibt das sich leicht irjendwelchen Unebenheiten der Zylinderwand oder irgendwelchen Durchmesserunterschieden am Zylinderrohr anpassen kann, indem Teile des Ringes sich flexibel radial nach außen oder nach innen verschieben und verschwenken können. Dieser Führungs- und Dichtungsring besteht aus einem Kunststoffmaterial mit Gleiteigenschaften, z. B. aus einem Polyacetal, er kann z. B. aus einer Legierung von Teflon und Kohlenstoff bestehen.

Abgesehen von allem anderen bringt die neue Anordnung eine bessere Abdichtung als alle vergleichbaren Anordnungen der hier in Frage stehenden Art mit sich. Diese bessere Abdichtungswirkung geht zum Teil auch auf die Gestalt des elastischen Auflagerir.ges 8 zurüek, der seinerseits aus mehreren — bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind es drei — in axialer Richtung aufeinanderfolgenden O-ringartigen Auflageringpartien 24, 25,26 besteht, die jeweils durch dünnere Stege 27, 28 — ihre Dicke kann z. B. dem halben Durchmesser der Auflageringpartien entsprechen — miteinander verbunden sind und von denen die äußeren Auflageringpartien 24 und 26 den axialen Endbereichen 7a und 76 des Führungs- und Dichtungsringes gegenüberliegen. Diese jeweils annähernd zylindrische Kontur besitzenden Auflageringpartien reichen in axialer Richtung von Seite zu Seite der Nut und stützen sich einerseits am Nutengrund 8a ab, andererseits dienen sie zur Auflagerung des Führungsurd Dichtungsringes. Der Auflagering besteht aus federnd weichem Kunststoffmaterial, es ergibt sich hierbei eine ideale Federungswirkung für den Führungsund Dichtungsring.

Wenn die Anordnung so getroffen ist, daß der Führungs- und Dichtungsring und der Auflagering gleiche axiale Länge besitzen, wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, und sich in axialer Richtung über einen Betrag erstrecken, der wesentlich größer als derjenige vergleichbarer Ringe bekannter Art is«, ζ. Β. 2 — 3 mal so groß, so wird auf diese Weise einerseits die Abdichtungswirkung erhöh' andererseits wird die Fuhrungsfunktion verbessert, weil nunmehr eine breite Auflage vorhanden ist, was im übrigen auch dazu beiträgt, daß die Beanspruchung des Ringes geringer ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenringanordnung, insbesondere für Kolben pneumatischer Arbeitszylinder, mit einer Ringnut am Kolbenumfang, in der ein einstückiger äußerer Führungs- und Dichtungsring aus Kunststoff sowie ein auf den Führungs- und Dichtungsring radial nach außen einwirkender, sich am Nutgrund abstützender einstückiger Auflagering aus elastischem Material angeordnet sind, wobei der Führungs- und Dichtungsring mehrere in axialer Richtung aufeinanderfolgende, am Innenumfang des Zylinders anliegende, mit axialem Abstand zueinander angeordnete Führungsringpartien besitzt, die jeweils eine scheibenartige Dichtleiste bilden und zwischen sich vertiefte Zwischenräume enthalten, durch die eine scharnier- oder gelenkartige Verbindung zwischen den jeweils angrenzenden Führungsringpartien gebildet w,L™l, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenartigen Dichtleisten (9, 10, 11, 12, 13) des Führungs- und Dichtungsringes (7) ebene Außenflächen mit einer gemeinsamen Umhüllenden aufweisen und daß der elastische Auflagering (8) den Führungs- und Dichtungsring annähernd über seine ganze Länge unterstützt und aus mehreren, in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Auflagepartien (24, 25, 26) besteht, die jeweils durch dünnere Stege (27,28) miteinander verbunden sind.

2. Kolben· inganordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Auflageringpartien (24, 25, 26) O-ringartig ausgebildet sind und die beiden äußeret: Auflagjringpartien (24, 26) den axialen Endbereichen des Führungs- und Dichtungsringes (7) gegenüberlie» ίη.