DE2753336B2

DE2753336B2 - Dichtungsanordnung zur gegenseitigen Abdichtung von konzentrisch zueinander angeordneten und in axialer Richtung relativ zueinander bewegbaren Teilen

Info

Publication number: DE2753336B2
Application number: DE2753336A
Authority: DE
Inventors: Kurt 7300 Esslingen Stoll
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1980-06-12
Also published as: CH635177A5; IT1100200B; SE432647B; DE2753336C3; FR2410771B1; DE2753336A1; SE7812284L; IT7830158A0; FR2410771A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung zur gegenseitigen Abdichtung von konzentrisch zueinander angeordneten und in axiaier Richtung relativ zueinander bewegbaren Teilen, z. B. Kolben und Zylinder, die eine in einer Ringnut in dem einen Teil angeordnete und mit einer quer zur Ringebene verlaufenden Seite gegen den anderen Teil dichtend anliegende Ringdichtung besitzt, die in radialer Richtung durch einen aufblasbaren Hohlkörper federnd gegen die umgebende Wandung angedrückt wird, der von einer Druckquelle über einen Kanal gespeist wird. Insbesondere handelt es sich hier um Ringdichtungen, wie sie entweder bei Kolben in einer Ringnut am Außenumfang oder in einer Ringnut am Innenumfang der Zylinderwandung oder bei einer Ventildichtung in einer Ringnut am Innenumfang des umgebenden Gehäuses angeordnet sind.

Dichtungsanordnungen mit den oben aufgezählten Merkmalen sind z. B. aus der DE-PS 6 32 900 bekannt geworden, in der eine sogenannte Blähkörperdichtung für Kolbenpumpen beschrieben ist, bei der der Hohlkörper oder Blähkörper unter Zuhilfenahme einer Pumpe aufgeblasen und mit Druckmedium aufgepumpt wird. Diese Anordnung hat bei aufwendigem Aufbau noch den Nachteil, daß der Druck im Inneren des Hohlkörpers vom Druck im Zylinderinnenraum unabhängig ist, 3O daß u. U. dadurch die Abdichtungswifkung bei zu niederem Druck im Hohlraum ungünstig beeinflußt werden. Ähnliche Nachteile sind auch bei der Anordnung nach.der DE-OS 19 18 804 vorhanden, bei der es sich um eine von einer völlig anderen Problemstellung ausgehenden Abdichtung von rotierenden Wellen oder Spindeln handelt, bei der es zudem nur darum geht, den Verschleiß am Dichtungsring auszucleichen.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Dichtungsanordnung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, bei der die Abdichtungswirkung sich regulierend dem an beiden Seiten der Dichtung herrschenden Druck anpassen kann.

Zu dem oben genannten Zweck ist gemäß der Erfindung bei der neuen Anordnung vorgesehen, daß der Kanal mit den Druckräumen an beiden Seiten der

ίο Dichtung in Verbindung steht und in der Zuführung zum Hohlkörper ein ODER-Ventil aufweist, das jeweils nach der Seite des Kolbens öffnet, an der der höhere Druck herrscht, und hierbei den Durchtritt durch den an dieser Außenseite des Kolbens mündenden Kanalabschnitt freigibt.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung findet dadurch, daß die Ringe an einem aufblasbaren Hohlkörper sitzen, dessen Innenraum mit dem Druckraum an der Seite des Kolbens, an der der höhere Druck herrscht, in Verbindung steht, automatisch eine Anpassung des Druckes, mit dem die Ringe in radialer Richtung an der Gegenfiäche anliegen, in Abhängigkeit von dem jeweils im betreffenden Zylinderraum herrschenden Druck statt Wenn z. B. in einem Kolben-Zylinder-Aggregat der die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung tragende Kolben sich zum einen Ende des Zylinders hin bewegt, kann sich der Druck im betreffenden Zylinderraum gegen Ende der Kolbenbewegung immer mehr erhöhen, z. B. weil die dort vorhandene Luft zusammen-

jo gepreßt wird, und dann wird die Dichtungsanordnung immer stärker wirksam, indem der vom Hohlkörper in radialer Richtung auf die Ringe ausgeübte Druck stärker wird und somit eine bessere Abdichtung erzielt wird. Darüber hinaus kann man nunmehr eine

)5 automatische Anpassung der Abdichtungswirkung und der Gleitfähigkeit an dem im Zylinder herrschenden Druck erreichen. Wenn bisher die Dichtungsanordnungen vergleichbarer Art einem vorgegebenen Zylinderdruck entsprechend eingestellt worden sind, und in dem Fall, daß der betreffende Zylinder v.iit einem anderen Druck, z. B. einem niederen Druck betrieben werden mußte, so daß sich hierdurch die Eigenschaften der Dichtungsanordnung, die ja gleichzeitig Führungsanordnung für den Kolben darstellt, ändern mußten, ζ. Β.

indem die Gleitfähigkeit des Kolbens geringer wurde, so ist nunmehr eine automatische Anpassung an den jeweils im Zylinder herrschenden Druck gewährleistet: Der Innenraum des Hohlkörpers wird nämlich nunmehr bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Druck beaufschlagt, der von der Höhe des Druckes im betreffenden Zylinderraum abhängt, so daß auch der vom Hohlkörper in radialer Richtung auf die Ringe aurgeübte Druck sich der Druckveränderung im Zylinderraum anpaßt und damit bei geringem Druck die Gleiteigenschaft nicht schlechter wird und bei höherem Druck die Abdichtungswirkung gleich gut bleibt. Besonders einfach ist die Anordnung dann, wenn man die Ringnut, in der das Ringpaket liegt, durch Kanäle mit den Zylinderräumen zu beiden Seiten des Kolbens

ho verbindet und zwischen die inneren Mündungen der beiden Kanäle und die Ringnut ein Ventil nach Art eines ODER-Ventils, z. B. in Gestalt einer flexiblen Lippe aus einem Material mit Dichtungseigenschaften schaltet, das jeweils nach der Seite des Kolbens öffnet, an der der

^hr> höhere Druck herrscht, und hierbei den Durchtritt durch den an dieser Außenseite des Kolbens mündenden Kanal freigibt.
In den Unteransorüchen sind vorteilhafte Weiterbil-

düngen der erfindungsgemlßen Dichtungsanordnung angegeben.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt Es zeigt

Fig, 1 eine erste Ausführungsform einer Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht teilweise geschnitten und in Teildarstellung,

Fig.2a einen Ring der Dichtungsanordnung nach F i g. 1 in einer Vorderansicht,

F i g. 2b den Ring nach F i g. 2 im Schnitt, ι ο

Fig.3 eine Variante zu einer Einzelheit der Anordnung nach F i g. 1 wiederum in einer Seitenansicht im Schnitt,

Fig.4 eine beispielhafte Anwendung der Dichtungsanordnung nach Fig. 1 in einer Seitenansicht in ΐί schematischer Darstellung und

Fig.5 eine Variante zu den Anordnungen nach F i g. 4 in derselben Darstellungsweise.

In einem Zylinder 12 ist ein Kolben 10 geführt, von dem lediglich ein kleiner Abschnitt dargestellt ist und >o der in Richtung des Pfeiles A hin und her bewegbar angeordnet isL in dem Kolben 10 ist eine Ringnut 6 angeordnet, in der eine insgesamt mit 25 bezeichnete Ringdichtung — ein Ringpaket aus mehreren Ringen — angeordnet ist, die zur Abdichtung des Zylinders gegenüber dem Kolben dient. Die Ringdichtung besteht aus mehreren, z. B. drei oder vier übereinander bzw. nebeneinander angeordneten, mit je einem radialen, durchgehenden Schlitz 5 versehenen Kunststoffringen 1 aus halbhartem Material, die z. B. durch Stanzen «» hergestellt sein können. Die Ringe 1 sind über den Umfang gesehen versetzt gegeneinander angeordnet, derart, daß die Schlitze 5 gegeneinander versetzt sind. Insbesondere ist die Anordnung so getroffen, daß die Schlitze aneinander angrenzender Ringe um jeweils J"> 180° gegeneinander versetzt sind. Insgesamt ergibt sich also eine Dichtungsanordnung zur gegenseitigen Abdichtung von konzentrisch zueinander angeordneten und in axialer Richtung relativ zueinander bewegbaren Teilen, die eine in einer Ringnut in dem einen Teil ■"' angeordnete und mit einer quer zur Ringebene verlaufenden Seite gegen den anderen Teil dicht anliegende Ringdichtung besitzt, die paketartig aus mehreren Seite an Seite aneinander liegenden Ringen zusammengesetzt ist, die in radialer Richtung elastisch ■*' federnd sind.

Die Ringe 1 wenden ihre in der Ritigebene liegenden Stirnseiten 2a, 2b, 2c. 2d einander zu. Sie sitzen an einem als Federelement wirkenden, aufblasbaren Hohlkörper 3 aus biegsamen, elastischem Material, dessen Innen- >< > raum 4 mit einer Luftdruckquelle so in Verbindung steht, daß der vom Hohlkörper in radialer Richtung gemäß dem Pfeil 5A auf die Ringe ausgegübte Druck sich der Veränderung des Druckes im betreffenden Zylinderoder Gehäuseraum anpaßt. Die Ringe 1 können im « Querschnitt die Gestalt eines mit Bezug auf die Längsachse hochkant gestellten Rechtecks haben, wie z. B. aus der F i g. 2, in der ein solcher Querschnitt in größerem Maßstab dargestellt ist, hervorgeht. Die Ringe können Kreisverlauf haben gemäß F i g. 2a, sie "o können jedoch auch die Kontur eines Rechtecks oder Quadrates beschreiben.

Jeweils drei oder vier Ringe sind — zu einem Paket 25 zusammengefaßt — in einer Ringnut 6 untergebracht, an deren Nutengrund 4a das Federelement 3 angeord- ^h'· net ist, das zwischen dem Nutengrund 4a und dem Ringpaket 25 liegt und dazu dient, die Ringe gegen das andere Teil gemäß Pfei. 34 zu verspannen. Bei der Ausführungsform nach Fig, J sitzen die Ringe 1 auf dem Außenumfang des als Federelement dienenden Hohlkörpers 3, auf dem sie z, B, aufgeknöpft sind, in diesem Falle bestehen die Ringe 1 aus einem abdichtenden Kunststoffmaterial mit Gleiteigenschaften. Sie sollen einerseits die beiden durch den Kolben getrennten Zylinderräume gegeneinander abdichten und andererseits den Kolben führen; sie müssen also einerseits Abdichtungseigenschaften und andererseits gute Gleiteigenschaften besitzen. Der als Federelement dienende Hohlkörper besteht aus Gummi oder aus einem Kunststoffmaterial mit gummiähnlichen Eigenschaften; er hat die Aufgabe, elastisch auf die Ringe einzuwirken, sie je nach dem in seinem Inneren herrschenden Druck mehr oder weniger stark in radialer Richtung gegen das Gegenstück zu drücken. Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ringe mit dem Hohlkörper einstückig, Voraussetzung hierfür ist ein Material, das sowohl gut gleitend und abdichtend wirken kann als auch die nötige Elastizität besitzt.

Bei der Ausführungsfcrm nach Fig. 1 ist das Ringpaket 25 in einer Ringnut 6 am Außenumfang des Kolbens 10 eines Kolben-Zylinder-Aggregats untergebracht, es liegt hierbei abdichtend an der Innenfläche 11 des Zylinders 12 an. Diese Ringnut 6 ist durch axial verlaufende Kanäle 13,14 mit den beiden Außenseiten des Kolbens 10 verbunden, wobei zwischen die inneren Mündungen 13a, 14a der beiden Kanäle 13 und 14 und die Ringnut 6 ein Ventil 15 nach Art eines ODER-Ventils, z. B. in Gestalt einer flexiblen Lippe aus einem Material mit Abdichtungseigenschaften oder in Gestalt einer Klappe geschaltet ist, das jeweils nach der Seite des Kolbens öffnet, an der der höhere Druck herrscht, und das hierbei den Durchtritt durch den an dieser Außenseite des Kolbens mündenden Kanal freigibt. Bei der in F i g. 1 gezeigten Anordnung verschließt das Ventil 15 den Kanal 14, hingegen ist der Kanal 13 offen, so daß der an der Seite 136 des Kolbens vorhandene Druck in das Innere 4 des Hohlkörpers 3 hineinwirkt und diesen aufbläst und hierbei einen radialen Druck in Rich-.ung der Pfeile 3/4 auf die Ringe 1 ausübt, die auf diese Weise in Abhängigkeit von dem an der Seite 13/» herrschenden Druck gegen die Innenfläche 11 des Zylinders 12 angedrückt werden. Die Ringe 1 werden somit umso stärker gegen die Innenfläche it des Zylinders 12 angedrückt, je höher der Druck an der Seite 136 ist, so daß man auf diese Weise eine stärkere Anpressung bei höheren Drücken im Zylinder hat und bei niedrigen Drücken eine schwächere Anpressung, also weniger Reibung. Außerdem wird die Anpressung umso höher, je mehr sich der Kolben dem betreffenden Ende des Zylinderraums nähen. Dadurch wird bei höherem Druck eine bessere Abdichtung erzielt, bei niederem Druck — wenn die Abdichtung leichter zu bewerkstelligen ist — wird dagegen die Reibung geringer und damit ein besseres Gleiten zu erzielen sein. Auch kann man auf diese Weise eine gewisse Verbesserung der Dämpfung der Kolbenbewegung gegen Ende des Huoes erzielen. Schließlich ergibt sich hierbei auch noch eine Anpassung der Abdichtungswirkung an die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung und an die in Abhängigkeit hiervon stehenden Leckverluste. Insgesamt ergibt sich also durch die neue Anordnung eine Anpassung an den jeweils im Zylinder bzw. an der betreffenden Kolbeiueite herrschenden Druck eine Verbesserung der Abdichtungs-, Gleit- und Führungseigenschaften des Kolbens.

Das Ventil 15, das z. B. aus einer elastischen Lippe oder aus einer Klappe bestehen kann, die verschwenkbar gelagert ist, und daß die z. B. in Fig. 1 mit vollen Linien gezeichnete Stellung oder alternativ hierzu die in Fig. I gestrichelt gezeichnete Stellung 15a einnehmen kann, dient dazu zu verhindern, daß die Kanäle 13 und 14 kurzgeschlossen werden und der Druck im Raum 4 sich nur mit Verzögerung aufbaut.

Bei der Anordnung nach F i g. 4 ist das Ringpaket 30 in einer Ringnut 31 am Außenumfang des Kolbens 32 untergebracht, wobei es abdichtend an der Innenfläche des Zylinders oder Gehäuses 33 anliegt. Gemäß Fi g. 5 kann jedoch die Anordnung auch so getroffen sein, daß das Ringpaket 27 in einer Ringnut 26 am Innenumfang eines Gehäuses 20, z. B. des Zylinders eines Kolben-Zylinder-Aggregates untergebracht ist und abdichtend an der Außenfläche 21 des Kolbens 22 des Kolben-Zylinder-Aggregats — des im Gehäuse geführten Teils — αηΐίρπ* In rltpctfm Palt*» Irann h<»i j»jn«>ni ni/»ht wpitpr in Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Ringpaket am AiiOenumfang der Kolbenstange abdichtend an, es kann hierbei in der Wand untergebracht sein, durch die die Kolbenstange hindurchgeführt ist. Evtl. kann man das Ringpaket auch an der Kolbenstange selbst vorsehen. Auf alle Fälle müssen hierbei Vorkehrungen getroffen werden, daß der Hohlkörper jeweils mit dem Raum höheren Druckes in Verbindung gebracht wird. Bei einer Anordnung, die in Verbindung mit einem Kolben-Zylinder-Aggregat mil einem sogenannten Dämpfkolben zu verwenden ist — diese Anordnung ist in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt — liegt das Ringpaket in einer Ringnut am Außenumfang des Dämpfkolbens an der Innenwand des Gegenstücks an. Selbstverständlich kann man auch in diesem Falle die umgekehrte Anordnung treffen, wie bereits oben geschildert worden ist.

Gemäß Fig. 3 kann der Hohlkörper 35 auch mit

gnopformtpn flancpHarticxpn Ancül7pn 3£ ~?7 uprcphen —"·σ~·- — ..—..--...—...ρ- ...., ~. . .. .*.......

der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel die Ringnut über einen Kanal mit einer äußeren Druckluftquelle verbunden sein, bei der z. B. die Druckluftzufuhr mit bekannten Maßnahmen den jeweiligen Erfordernissen entsprechend geregelt werden kann. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen sein, daß gemäß Fig. 5 die Ringnut 26 durch Kanäle 23, 24 mit den Zylinderräumen 25 bzw. 26 zu beiden Seiten des Kolbens 22 verbunden ist, wie in F i g. 5 schematisch dargestellt ist. Auch in diesem Falle kann zwischen die inneren Mündungen der beiden Kanäle 23 und 24 und die Ringnut 26 ein Ventil 28 nach Art eines ODER-Ventils, z. B. in Gestalt einer flexiblen Lippe aus einem Material mit Abdichtungseigenschaften oder einer Klappe geschaltet sein, das jeweils nach dem Zylinderraum öffnet, in dem der höhere Druck herrscht, und hierbei den Durchtritt durch den in diesen Zylinderraum mündenden Kanal freigibt. Die Wirkung ist etwa dieselbe wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 bzw. F i g. 4.

-'η sein, zwischen denen die Ringe 38 gehalten sind, so daß die Ringe 38 mit dem Hohlkörper 35 eine Einheit bilden, die vormontiert werden kann und als Ganzes in die

Ringnut einzustecken ist. Bei der beschriebenen Dichtungsanordnung ist der

.>■-> Weg des abzudichtenden Druckmediums zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite groß, da das Druckmedium, um von der Hochdruckseite der Dichtanc'dtiung zur Niederdruckseite zu gelangen, zunächst einen Schlitz der Dichtungsanordnung in

■"' axialer Richtung passieren und durch den quer zur Achse angeordneten Spalt zwischen zwei nebeneinander liegenden Ringen strömen muC, um den über den Umfang gesehen versetzten Schlitz des anschließenden Ringes zu erreichen, schließlich nach dem Passieren des

'"' zweiten Schlitzes durch den Spalt zwischen den nachfolgenden aneinanderliegenden Ringen strömen muß usw. Es ergibt sich also eine gute Dichtwirkung infolge des durch den Aufbau bedingten langen Dichtweges.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung zur gegenseitigen Abdichtung von konzentrisch zueinander angeordneten und in axialer Richtung relativ zueinander bewegbaren Teilen, z, B, Kolben und Zylinder, die eine in einer Ringnut in dem einen Teil angeordnete und mit einer quer zur Ringebene verlaufenden Seite gegen den anderen Teil dichtend anliegende Ringdichtung besitzt, die in radialer Richtung durch einen aufblasbaren Hohlkörper federnd gegen die umgebende Wandung angedrückt wird, der von einer Druckquelle über einen Kanal gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (13, 14; 23, 24) mit den Druckräumen an beiden Seiten der Dichtung (1; 27; 38) in Verbindung steht und in der Zuführung zum Hohlkörper (3; 35) ein ODER-Ventil (15,28) aufweist, das jeweils nach der Seite des Kolbens (10; 22; 32) öffnet, an der der höhere Druck herrscht, und hierbei den Durchtritt durch des an dieser Außenseite des Kolbens mündenden Kanaiabschnill(i3a, i4t>,) freigibt.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (38) mit dem Hohlkörper (35) einstückig sind.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (35) an seinem Außenumfang eine Ringnut (37) aufweist, die die Ringdichtung (38) aufnimmt.