DE2830463C2

DE2830463C2 - Vorrichtung zum Verhindern von Leckverlusten an einem sich in eine Arbeitskammer erstreckenden kolbenartigen Stössel

Info

Publication number: DE2830463C2
Application number: DE2830463A
Authority: DE
Inventors: Hans Otto 83147 Östersund Olsson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-07-11
Filing date: 1978-07-11
Publication date: 1983-01-20
Also published as: IT1096909B; GB2001411B; CH635660A5; DE2830463A1; US4165880A; FR2397571A1; JPS5439756A; IT7825445A0; BR7804436A; FR2397571B1; GB2001411A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere für hydraulische Kupplungen, zum Verhindern von Leckverlusten an hydraulischem Druckmittel, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Hauptmerkmal von z. B. aus der FR-PS 10 92 416 und CH-PS 4 08 552 bekannten hydraulischen Kupplungen, die im wesentlichen zum Verbinden einer Nabe od. dgl. mit einer Welle verwendet werden, ist eine mit hydraulischem Druckmittel gefüllte Druckkammer innerhalb einer der gegeneinander zu pressenden zylindrischen Flächen mit einer verhältnismäßig dünnen, elastisch verformbaren Zylinderwand, die sich bei Drurkaufbau in der Arbeitskammer gegen die andere Fläche anpreßt. Die Druckkammer steht in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines entsprechend hohen hydraulischen Druckes. Diese Vorrichtung ist in der Regel ein Druckzylinder als Arbeitskammer mit einem darin mit geringem Spiel verschieblichen als Kolben dienendem Stößel.

Die Wirksamkeit und Sicherheit einer derartigen Kupplung hängt von der Möglichkeit der Schaffung eines ausreichend hohen Druckes zur elastischen M Verformung der verformbaren Wand bis zum erforderlichen Kupplungsdrucks ab, insbesondere v/enn die Wand bei hoher Leistungsübertragung eine große Dicke haben muß. und hängt ab von der Möglichkeit der Aufrechterhaltung dieses Drucks über lange Zeiten. Ein Problem kann dabei die Gefahr von Leckverlusten durch das Spiel zwischen dem Druckzylinder und dem Stößel in der Vorrichtung zur Erhöhung dts spezifischen Drucks des hydraulischen Druckmittels bringen. Eine Lösung dieses Problems zur Verhinderung derartiger Leckverluste ist durch allgemein bei allen Spielen zwischen koaxialen zylindrischen Um^fangsflächen anwendbar.

Aus der DE-OS 24 03 337 und der US-PS 33 78 902 ist es bei einer hydraulischen Kupplung bekannt, an dem mit der Druckkammer in Verbindung stehenden, in der als Arbeitskammer d^:enenden Bohrung liegenden kolbenartigen Stößel in einer Nut auf dem Außenumfang einen Dichtring vorzusehen, der die Arbeitskammer abdichtet. Zur Erhöhung oder Einstellung des Drucks in der Arbeitskammer wird dieser Kolben mittels einer Schraube nach innen gedrückt. Der die Abdichtung der Arbeitskammer allein bewirkende Dichtring kann sehr hohen Drücken nicht in ausreichendem Maße standhalten, so daß bei dieser bekannten Bauweise die zuvor erwähnten Leckverluste in Verbindung mit einem Druckabfall auftreten.

Es ist auch aus der US-PS 39 94 208 ein derartiger Stößel bekannt, der an seinem Außenumfang eine elastisch verformbiye Dichtlippe trägt, die aus dem Kolbenmaterial, vorzugsweise Bronze, durch Einarbeiten eines tiefen Umfangsschlitzes von der Stirnseite des Kolbens aus gebildet ist Bei steigendem Arbeitsdruck im Druckmittel drackt das in den Schlitz eindringende Druckmedium die verformbare Lippendichtung nach außen gegen die Bohrungswand an. während es auf das Kernstück des Kolbens nach innen einwirkt.

Alle diese bekannten kolbenartigen Stößel habel also als Hauptdichtung Dichtungsabschnitte, die wie übliche Kolbendichtungen, z. B. O-Ringe. Stopf packungen oder Lippdichtungen wirken.

Um Leckverluste bei Beginn des Druckaufbaus. d. h. bei einem Druck, der nicht ausreicn . um die aus dem zwangsläufig schwer verformbaren Material des Stößels bestehende Dichtlippe gegen die Zylinderwand anzupressen, zu verhindern, ist es aus der US-PS 32 66 095 bei einem derartigen stößelartigen Kolben, der an seiner Stirnseite eine Ausnehmung aufweist, deren Umfangswand eine Dichtlippe bildet, bekannt, im Bereich des vorderen Endes der Dichtlippe eine Umfangsnut /.ur Aufnahme eines Dichtringes auszubilden. Dieser als Hil'-sdichtung dienende Dichtring reicht aus. um das Spiel des Stößels gegen die Zylinderwand bis zu einem Druckanstieg abzudichten, der ausreicht, daß die Dichtlippe selbst bis in Dichtanlage gegen die Zylinderwand nach außen gepreßt wird.

Wenn auch bei den beiden zuletzt genannten Lippendichtungen die Dichtfläche infolge der relativ großen Länge eine entsprechend große Tiefe aufweist, und dadurch die Gefahr von Leckverlusten vermindert wird, so ist doch die Herstellung durch die Notwendig keit der Bearbeitung der Lippe auf eine genau bestimmte Dicke relativ kompliziert und durch die Notwendigkeit die für das Aufbiegen und Dehnen erforderliche Verformbarkeit durch entsprechend dünne Ausbildung der Lippe auch bei dem relativ starren Stößelmaterial, z. B. Bronze, zu erreichen, die Gefahr von Beschädigungen, insbesondere beim Verstellen des Stößels unter Druck gegeben. Auch tritt durch die hohen Anpreßdrücke gegen die Zylinderwand bei längerem Betrieb ein starker Verschleiß auf, so daß die

Dichtwirkung der zwangsläufig dünnen Dichtlippe relativ schnell nachläßt.

Durch die Notwendigkeit der Verwendung eines relativ starren Stößeimaterials für die Herstellung der Dichtlippe sind auch, infolge der für den Widerstand gegen die erheblichen Drücke erforderlichen Dicke der Dichtlippe, die bekannten StöUel nur für sehr hohe Drücke geeignet. Die Abmessungen des als Dichtungsringhalter dienenden vorderen Teiles des Stößels mit der Dichtlippe ist abhängig von der Elastizität des Materials und den verwendeten Drücken. Daher ist eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen sehr aufwendig und erfordert die Herstellung einer großen Anzahl von Typen wenigstens des Stößels für jede der gegebenen Betriebsbedingungen.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine derartige bekannte Vorrichtung so auszubilden, daß eine wesentlich einfachere Anpassung bezüglich der Abmessungen und Werkstoffe bei der Konstruktion solcher hydraulischer Dichtungen erreicht wird, die sowohl bei niedrigen, als auch bei sehr hohen Drücken, ohne wesentliche Änderungen wirksam abdichten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthdaenen Maßnahmen gelöst.

Erfindungsgemäß wird also nicht, wie bekannt, eine Dichtlippe als Hauptdkhtungselement verwendet, sondern ein Stopfen, der durch den gegen die Stirnfläche wirkenden Druck seitlich bis in die Anlage an die Zylinderwand aufgestaucht wird. Durch die Vcrwendung eines gesonderten Teiles als Dichtringhalter, der vor der Stirnseite des Stößels anliegt, kann für den Dichtringhalter ein beliebiges, für den gewünschten auch sehr hohen Druck geeignetes Material verwendet werden. ^J5

Um den als Hilfsdichtung dienenden Dichtring ständig unter einem zu seiner Dichtanlage gegen die Zylinderwand mit seiner Umfangsfläche ausreichenden Druck zu halten, wird vorzugsweise gemäß der Kennzeichnung im Anspruch 2 der Dichtringhalter so bemessen, dab sein auf der Druckseite vor dem Dichtring liegender Teil ein wesentlich größeres Spiel gegen die Zylinderwand hat, als der hinter dem Dichtring liegende Teil.

Um zu vermeiden, daß bei sehr geringen Drücken ein für höhere Drücke zu weiches Material für den Dichtringhalter verwendet werden muß. kann gemäß der Kennzeichnung im Anspruch 3 der Dichtringhalter auf der vom Druckmittel beaufschlagten Stirnseite in bekannter Weise (US-PS 32 66 095) eine Ausnehmung aufweisen, so daß zusätzlich zu der Dichtwirkung durch Stauchen eine Dichtwirkung nach Art einer Lippendichtung erreicht wird.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Erzielvng einer größeren Anpassungsfähigkeit bezüglich der Abmessungen und Materialien bei der Konstruktion von hydraulischen Dichtungen, die sowohl bei niedrigen als auch bei sehr hohen Drücken wirksam abdichten sollen.

Für die meisten praktischen Zwecke ist das Material. «> aus dem der Dichtringhalter hergestellt ist, vorzugsweise ein starrer Kunststoff, wie Superpolyamid oder ein anderes Polymer mit entsprechenden Eigenschaften.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an vorzugsweisen Ausführungsformen <« näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. I einen Axialschnitt durch eine hydraulische Nabenkupplung mit einem in einer als Arbeitskammer dienenden Zylinderbohrung verschiebbaren Stößel zum Aufbau des Kupplungsdruckes,

F i g. 2 eine Ansicht ähnlich F i g. 1 auf eine Abwandlungsform der Kupplung,

F i g. 3 und 4 Ausführungsformen eines Dichtringhalters zur Abdichtung eines in einer Zylinderbohrung eingesetzten Stößels.

Die Dichtringe 4 sind der Einfachheit halber in den Figuren als O-Ringe dargestellt.

Mit einer Welle 1 (oder einem Zapfen) soll eine Nabe 2, ein Lagerbock oder ein ähnliches Element unter Zwischenschaltung einer zylindrischen Metallwand 3 verbunden werden, die sich unter einem Druck gegen die Welle 1 anpreßt. Die Metallwand 3 bildet eine Wand einer Druckkammer 4, die in offener Verbindung mit einer als Teil eines Druckzylinders ausgebildeter Arbeitskammer 5 steht In diesem Druckzylinder ist mit Spiel ein Stößel 6 eingesetzt zur Ausübung des gewünschten Drucks auf ein hydraulisches Druckmittel, das die Arbeitskammer 5 vor dem Stößel 6, die Druckkammer 4 und die Verbindung tischen beiden vollständig ausfüllt.

Wenn der spezifische Druck des hydraulischen Druckmittels durch Drücken des Stößels 6 in die Arbeitskammer 5 erhöht wird, ergibt dies eine Verformung der Wand 3. so daß diese auf die Welle 1 gedrückt wird, wodurch die Kupplungsverbindung hergestellt wird.

Um eine stabile Konstruktion und damit die Übertragung großer Drehmomente tu erreichen, erfordert die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eine relativ dicke Wand 3, die ihrerseits einen hohen spezifischen Druck des hydraulischen Druckmittels erfordert, durch das die Wand 3 mit einem ausreichenden Kupplungsdruck an die Welle 1 gepreßt wird. Für derart hohe hydraulische Drücke ist eine übliche Anordnung mit einem Dichtring, etwa einer O-Ringdichtung. einer X-Ringdichtung oder einer Dichtung mit einer U-förmigen Packung in einer Nut unz-ireichend um Leckverluste durch das Spiel zwischen dem Stößel 6 und dem Druckzylinder zu verhindern.

Zur Verhinderung derartiger Leckverluste ist ein DKchtringhalter 7. der mit einer Nut für einen Dichtring 10 versehen ist vor dem Stößel angeordnet. Der Dichtringhalter hat auf dem an der Stößelseite der Dichtringnut liegenden Teil im wesentlichen dasselbe Spiel zwischen dem Stößel und dessen Zylinder, während das Spiel t₂ an dem auf der anderen Seite der Dichtringnut, d. h. in Richtung zur Arbeitskammer 5 liegenden Teil I₂ beträchtlich größer ist. Der Dichtringhalter 7 ist aus einem Material hergestellt, das so verformbar ist, daß es sich bei zunehmendem hydraulischen Druck in dichtende Anlage an der Wand des Zylinder 5 aufstaucht, bevor der Druck so hoch angestiegen ist. daß der Dichtring seine Dichtwirkung verloren hat, d. h. bevor der Druck auf einen solchen Wert angestiegen ist, daß dei Dichtring in das Spiel zwischen dem Dichtringhalter und der Zylinderwand eingepreßt wird, hat sich der Dichtringhalter so ausgedehnt, daß keir. Spiel mehr besteht, da dieses durch das s<ch ausdehnende Material des Dichtringhalters ausgefüllt ist.

Fig. 2 zeigt einen Fall, in dem die Dicht 'orrichtung für zylindrische ringförmige Spalte nach der Erfindung auch zur Abdichtung anderer Spiele verwendet wird als für solche zwischen derii Druckzylinder und dem Stößel, d. h. zur Abdichtung der Spalte zwischen einer die Druckkammer 4 begrenzenden Büchse 8 und einer

Nabe 2, einem Lagerbock oder einem ähnlichen Element. In diesem Fall ist der Dichtringhalter 9 ein zylindrischer Ring 9 mit Nuten für Dichtringe in der Außen- und Innen-Umfangsfläche.

In Fig. 3 bezeichnet der schraffierte Bereich eine Wand eines die Arbeitskammer bildenden Druckzylinders, in den eingesetzt sind: Ein Stößel 6. ein Dichtringhalter 7 mit einer Nut für einen Dichtring und ein in der Nut angeordneter Dichtring 10.

Das Spiel ti zwischen dem Hauptteil des Dichtringhalters 7 und der Wand des Druckzylinders ist so bemessen, daß der Dichtringhalter 7 ohne Ausübung einer großen Kraft gegen die Wand des Druckzylinders gestaucht werden kann. Ein Teil h des Dichtringhalters zwischen dem hydraulischen Druckmittel in der Arbeitskammer und dem Dichtring ist kurz, da dessen Aufgabe nur darin besteht, den Dichtring in der Nut zu halten. Das Spiel I₂ zwischen diesem Teil h und der Wand des Druckzylinders so!! wesentlich größer als das Spie! .'; sein, so daß dieser Teil h des Dichtringhalters durch die Wirkung des hydraulischen Drucks nicht in Berührung mit der Innenwand des Zylinders gedrückt wird. In den meisten Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Gesamtlänge h des Dichtringhalters etwa gleich dem Innendurchmesser daes Druckzylinders auszubilden.

Der bekannte Dichtring 10 stellt bei niedrigen Drücken die Abdichtung her. Bei Druckzunahme beginnt sich der verformbare Dichtringhalter allmählich radial auszudehnen. Dabei verschwindet das kleine Spiel /ι zwischen dem Dichtringhalter und der Wand des Druckzylinders, und es wird eine Abdichtung erzielt.

Somit übernimmt der Dichtringhalter bei zunehmendem Druck die Dichtfunktion des Dichtringes, wobei sich in einem Druckbereich die beiden Dich'funktionen überdecken.

"' Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausfiihrungsform arbeiten der Dichtring IO und der Teil b des Dichtringhalters in derselben Weise wie bei der in F i g. 3 dargestellten Ausfiihrungsform. Da der Oichtringhaltcr mit einer stirnseitigen Ausnehmung versehen ist, die dem

i" hydraulischen Druckmittel zugewandt ist und in Fig.4 durch die Abmessungen a und c gekennzeichnet ist. ergibt sich zusätzlich zu der in Verbindung mit F i g. 3 beschriebenen eine weitere Dichtlippenfunktion, die dadurch erhalten wird, daß der Dichtringhalter im

·· Bereich a durch die Wirkung des Drucks des in der Ausnehmung a — c des Dichtringhalters enthaltenen hydraulischen Druckmittels radial gegen die Wand des Druckzylinders gedrückt wird.

Bei

Ai'«fi'ihmno$frirrn

-" Dichtringhalters wird im normalen Fall bei ansteigendem Druck der folgende Dichtverlauf erzielt: Bei niedrigen Drücken bewirkt der Dichtring 10 in bekannter Weise eine Dichtung. Bei zunehmendem Druck wird im Bereich ;/ allmählich dadurch eine

?> Dichtwirkung erzielt, daß der Dichtringhalter in diesem Bereich durch die Wirkung des hydraulischen Drucks im Raum gegen die Zylinderwand gedrückt wird. Danach wird bei veiterer Druckzunahme eine Dichtwirkung durch die radiale Ausdehnung durch Stauchen des

J" Dichtringhalters im Bereich berzielt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung, insbesondere für hydraulische Kupplungen, zum Verhindern von Leckverlusten an hydraulischem Druckmittel durch ein Spiet zwischen einem über den Querschnitt der mit dem Druckmittel beaufschlagten Arbeitskammer sich erstreckenden kolbenartigen Stößel und der Wand der den Stößel aufnehmenden, eine Arbeitskammer bildenden Zylinderbohrung, wobei der vordere Teil des Stößels als Dichtringhalter ausgebildet ist, der mit zunehmenden Druck in der Arbeitskammer sich radial nach außen bis in Anlage an die Zylinderwand ausdehnt, und der Dichtringhalter in seinem Vorderbereich eine Umfangsnut zur Aufnahme eines Dichtringes zur Abdichtung des Spiels zwischen seinem Außenumfang und der Wand der Zylinderbohrung aufweist, und gegebenenfalls auf der Stirnseite mit einer Ausnehmung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dicht- M ringhalter (7) ein gesondertes zylindrisches Teil aus einem verformbaren Material mit etwa gleichem Umfang wie der kolbenartige Stößel (6) ist. der mit seiner Rückseite gegen die Stirnfläche des kolbenartigen Stößels (6) anliegt, derart, daß der Dichtring- halter (7) sich unter der Wirkung eines zunehmenden Druckes in der Arbeitskammer (5) staucht und radial bis zur völligen Ausfüllung des abzudichtenden Querschnittes der Zylinderbohrung ausdehnt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d?ß das Spiel (h) des Dichtringhalters gegen die Zylinderwand längs des an der Druckseite der Nut für den Dichtung (10, anliegenden Teiles (h) des Dichtringhalters (7) wesentlich größer ist. als das Spiel (f,) an dem hinter der Nt liegenden Teil des »2 Dichtringhalters (7), derart, daß auch nach Stauchen des Dichtringhalters (7) eine Druckbeaufschlagung des Dichtrir.ges (10) aus der Arbeitskammer (5) erfolgt.

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