DE2911156C2 - Doppeltwirkende Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine doppeltwirkende Dichtungsanordnung zum Abdichten eines sie in einer Nut aufnehmenden Elements im Verhältnis zu einer im wesentlichen quer zur Nutrichtung bewegten Gegendichtfläche, wobei die Dichtungsanordnung sich mehrteilig aus einem verhältnismäßig weichen Dichtstreifen und zwei Stützstreifen aus härterem Material zusammensetzt, die sich direkt oder indirekt an den Nutstirnwänden abstützen und den Dichtstreifen zumindest auf der der Gegendichtfläche zugewendeten Seite mit einer Lippe teilweise übergreifen, wobei die Stützstreifen und der Dichtstreifen mit ineinandergreifenden Rippen und Nuten ausgerüstet sind, deren Flankenprofil spitzwinklig zu dem auf den Mittelpunkt des Dichtstreifenprofils bezogenen Radius verläuft

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (DE-OS 00 831) wird der Neigung eines weichen Dichtrings zur Verdrehung Um seine UffifängSächse dadurch entgegengewirkt, daß die den Dichtstreifen beiderseits einfassenden Stützstreifen eine im Querschnitt winkelförmige Ausnehmung haben, wobei die Seitenflächen des Dichtrings eine entsprechende Form aufweisen. Bei der praktischen Ausführung schließen die die winkelförmige Ausnehmung bildenden Flanken einen stumpfen Winkel miteinander ein. Es hat sich gezeigt, daß diese

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Anordnung nicht geeignet Ist, eine Verdrehung des Dichtrings auch unter schwierigen Bedingungen zu verhindern. Pies leuchtet ohne weiteres ein, wenn man bedenkt, daß die stumpfwinklige Querschnittsanordnung dem Dichtring im Falle einer Verdrehung nur eine geringfügige Querschnittsverformung abverlangt, — Ähnlich sind die Verhältnisse bei im wesentlichen quadratischer Querschnittsform des Dichtungsrings (DE-OS 24 59 147) und noch schlechter bei ab&srunde·

ι» ter Querschnittsbegrenzung (US-PS 40 59 280),

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die größere Sicherheit gegen eine Verdrehung des Dichtstreifens bietet.

i) Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Rippen und Nuten als Drehverriegelung mit nahezu parallelen Flanken ausgebildet sind, die winklig in radial nach außen und innen strebende Flächen übergehen. Dadurch wird gegenüber Kräften, die den Dichtring zu verdrehen suchen, eine deutliche Widerstandsschwelle geschaffen.

Zwar ist es bekannt, den weichen Querschnittsteil eines Dichtungsrings mit einer dieser Kennzeichnung entsprechenden Form in einem härteren Querschnitts-

2"> teil desselben einstückigen Dichtungsrings einzubetten (GB-PS 10 56 960); da jedoch dabei das Problem einer Verdrehung des Dichtungsrings nicht auftritt, konnte man nicht die Lehre erhalten, daß die angegebene Querschnittsform eine Verdrehung des Dichtungsrings

ίο zu verhindern vermag.

Wenn, wie bekannt, zwischen den Stützstreifen und den Nutstirnflächen je ein Winkelstreifen aus verhältnismäßig hartem Werkstoff als Backring oder Führungsbuchse angeordnet ist, wirken die Stützstreifen

J5 und die Winkelstreifen zweckmäßigerweise über eine Schrägfläche zusammen, die mit der Gegendichtfläche auf der vom Dichtring abgewandten Seite einen spitzen Winkel einschließt Einerseits wird dadurch der Winkelring immer haftschlüssig geg«n die sich ggf. unter der Druckeinwirkung von dem die Dichtungsanordnung enthaltenden Element (Dehnung eines Zylinderrohrs) entfernende Gegendichtfläche gedrückt Man erhält dadurch eine ausgezeichnete Spaltüberbrückung an der Gegendichtfläche, durch die ein Extrudieren des

«5 Stützrings verhindert wird. Andererseits kann der sich am Nutgrund bildende Spalt in Kauf genommen werden, da der Stützring in der Nähe dieses Spalts nicht dynamisch belastet wird und daher eine Extrusion weniger wahrscheinlich und auch weniger schädlich ist Femer wird der Stützring durch die Wirkung der Schrägfläche nach innen zum Nutgrund gedrückt. Dies verbessert nicht nur die Abdichtung am Nutgrund, sondern erhöht auch die dort zwischen dem Nutgrund und dem Stützring herrschende Reibung. Dies verbessert die Fähigkeit des Stützrings, den Dichtring sicher gegenüber allen Krafteinwirkungen zu halten. Insbesondere gilt dies gegenüber Krafteinwirkungen in Umfangsrichtung, die beispielsweise bei Relativdrehung eines Kolbens zum Zylinderrohr auftreten. Bei solchen Beanspruchungen kann es durch Reibungsschluß am Außendurchmesser zwischen dem Dichtring und der Gegendichtfläche zu Überlastungen der Dichtringoberfläche kommen. Auch Querschnittsveränderungen können eintreten, die zu einem Drucküberschlag führen.

Dadurch können Dichtungen sehr schnell zerstört werden. Der durch die Schrägfläche zwischen Stützstreifen und Winkelstreifen verstärkte Reibungsschluß des Stützstreifens am Nutgrund verbessert die Wider-

standsfShigkeit der Dichtungsanordnung gegenüber solchen Beanspruchungen, Dies gilt natürlich insbesondere bei ringförmiger Ausführung der Dichtungsanordnung.

Die Widerstandsfähigkeit solcher Anordnungen gegenüber Beanspruchungen in Umfangsrichtung kann man gemäß der Erfindung ferner dadurch verbessern, daß wenigstens ein Sintering in Umfangsrichtung Erhöhungen aufweist, die sich in den Dichtring zum Verbessern des Reibschlusses eindrücken und die in zweckmäßigerweise innerhalb der Drehverriegelung vorgesfihen sind. Dabei brauchen lediglich die Erhöhungen am Stützring ursprünglich ausgeformt zu sein, während die Vertiefungen in den Dichtring aufgrund elastischer Verformung eingedrückt sein können. ι ■

Die Dichtungsanordnung ist besonders geeignet für die Montage an einem einteiligen Kolben. Zu diesem Zweck werden die Stütz- und Winkelringe geschlitzt ausgeführt, während der weichere Dichtring unter entsprechender Dehnung in die Montagenut einge- :ί bracht werden kann.

Eine sehr vorteilhafte Rolle spielt im Zusammenhang der Erfindung die Folge unterschiedlicher Materialhärte vom relativ weichen Dichtring über den noch elastischen aber weniger weichen Stützring bis hin zu 2^r> dem aus relativ hartem Material bestehenden Winkelring. Der Stützring ist so hart, daß er dem Dichtring eine zuverlässige Lagesicherung verleiht Er ist aber andererseits so nachgiebig, daß seine Lippen sich zum Schutz des Dichtrings und zwecks besserer Abdichtung «> spaltfrei am Nutgrund und an der Gegendichtfläche anlegen. Der Winkelring schließlich ist so hart, daß er dem Stützring einen festen Halt verleiht und eine unnachgiebige Gleitfläche sowohl für den Stützring als auch für die Gegendichtfläche bildet »

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die vorteilhafte Ausführungsbeispiele veranschaulicht Darin zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch einen ungeteilten Kolben mit der Dichtungsanordnung und einer Gegen- ■<" dichtfläche,

F i g. 2 eine wenig abgewandelte Konstruktion,

F i g. 3 eine Querschnittsdarstellung der Dichtung im größeren Maßstab und

F i g. 4 und 5 gesonderte Schnittdarstellungen zweier Dichtringe.

Der Kolben 1 bildet eine Ringnut 2 zwischen zwei Schultern 3 und 4, die in der Ausführung gemäß F i g. 1 noch jeweils mit Stützschultern 5 versehen sind, die in der Ausführung gemäß Fig.2 fehlen (darin liegt der einzige Unterschied zwischen den beiden Konstruktionen). Zwischen dem Kolbenumfang und der Gegendichtfläche 6 befindet sich der Spalt 7, der im Fall der F i g. 1 teilweise und im Fall der F i g. 2 vollständig von dem Führungsteil 8 des geschlitzt ausgeführten Winkelrings 9 überbrückt wird, der sich mit seinem Flanschteil 10, welcher als Backring dient, an eine Nutstirnfläche anlegt In Fall gemäß Fig. 1 stützt sich außerdem das Ende des Führungsteils 8 an der Stützschulter 5 ab. Innerhalb der Nut 2 folgen ein ebenfalls geschlitzt ausgeführter Stützring 11, der Dichtring 12 und wieder ein Stützring 11 und ein Winkelring 9.

Deutlicher sind die Einbauverhältnisse in Fig.3 zu erkennen, auf die nun Bezug genommen wird.

Der Winkel 9 wendet dem Stützring 11 eine Schrägfläche 13 zu, die auf der dem Dichtring 12 abgewandten Seite mit einer Mantellinie der Gegendichtfläche den spitzen Winkel 14 bildet. Denselben Neigungswinkel hat die Stirnfläche 15 des Stützrings ti, die mit der Fische 13 zusammenwirkt. Wenn von rechts her ein Oberdruck wirkt, so wird der Stfltzring 11 to Axialriehtung gegen den Winkelring 9 gepreßt, wodurch auf den Winkelring eine radial nach außen gerichtete Kraftkomponente wirkt, die seinen FührungstetJ 8 eng an die Gegendichtfläche anschließt. Gleichzeitig wird der Stützring 11 nach innen gepreßt gegen den Boden der Nut 2, Dadurch bleibt der Winkelring 9 ständig gut gegenüber dem Kolben zentriert. Zwischen dem Flanschteil 10 des Winkelrings 9 und dem Nutgrund entsteht ein Spalt 16, der im allgemeinen von dem Stützring H leicht überbrückt wird, weil dieser aus härterem Material besteht als übliche Dichtungsringe, wie einem Polyester-Elastomer.

Er hat eine Härte über 90° Shore A und ist etwas elastisch. Demgegenüber besteht der Winkelring 9 aus einem relativ harten Werkstoff wie z. B. Polyazetalharz oder Polyamid, die auch durch Füllstoffe noch modifiziert -sein können, um die Härte noch zu erhöhen. Die Härte des Winkelrings 9 garantiert eine gleichbleibende Qualität nicht nur der radial auLlen liegenden Führungsfläche, sondern auch der Schrägfläche 13 und damit das reibungsarme Funktionieren des beschriebenen Mechanismus.

Der £.:ützring 11 bildet radial außen eine Lippe 17 zur Anlage an der Gegendichtfläche 6 und radial innen eine Lippe 18 zur Anlage am Boden der Nut 2. Die nach innen gewendete Fläche der Lippe 17 und die nach außen gewendete Fläche der Lippe 18 wirken mit dem Dichtring 12 zusammen, der bei Ausübung eines Drucks auf den Stützring 11 die Lippen 17 und 18 auseinander spreizt so daß sie sich gegen die Gegendichtfläche bzw. gegen den Nutgrund legen. Dies ergibt bekanntlich eine gute Abdichtung.

Zwischen den Lippen 17 und 18 ist in dem Stütztring 11 eine Nut 19 gebildet Die diese Nut begrenzenden Flächen 20 und 21 verlaufen nahezu parallel zueinander und in einem sehr spitzen, beispielsweise unter 30° liegenden Winkel 22 zu einem Radius zu dem gedachten Mittelpunkt des Dichtringprofils. Sie gehen winklig in die Fläche 23 über, die den Nutgrund darstellt Ferner gehen sie winklig in die Flächen 24, 25 über, die die Lippen 17 und 18 dem Dichtring 12 zuwenden. Die Nutgrundfläche 23 des Stützrings 11 trägt eine Anzahl gleichmäßig über den Umfang verteilter, spitz aufragender Vorsprünge 26, die sich in montiertem Zustand, wie in Fig.3 dargestellt, elastisch in die Oberfläche des Dichtrings eindrücken und einen erhöhten Widerstand gegen Verdrehung des Dichtrings um die Längsachse der gesamten Anordnung bilden.

Der Dichtring 12 bildet eine nach bekannten Gesichtspunkten profilierte Fläche 30 zum dichtenden Zusammenwirken mit dem Grund der Nut 2 und eine ebenfalls nach bekannten Gesichtspunkten profilierte Fläche 31 zum dichtenden Zusammenwirken mit der Gegendichtfläche 6. An diese Flächen schließen sich Schrägprofilflächen an, die den Flächen 24 und 25 der Stützringe in symmetrischer Anordnung entsprechen und dieselbe Neigung haben wie diese. Dadurch ergibt sich ein angenähert ovales Profil, das leicht zur Verdrehung um die Profillängsachse neigen würde, wenn nicht die Rippen 32 vorhanden wären, die im Profil den Nuten 19 entsprechen und verriegelt in diese eingreifen.

Der Dichtling 12 besteht aus elastomeren Werkstoff mit einer Härte von etwa 75 bis 85 Shore A. Während er in der Ausführung gemäß F i g. 3 vollständig aus diesem

elastomeren Werkstoff besteht, ist in F i g. 4 vorgesehen, daß der die Fläche 31 bildende Bereich 33 eine Gewebeverstärkung enthält oder mit einer Gewebeauflage versehen ist. Diese Anordnung bietet sich für solche Fälle an, in denen das Verhältnis zwischen der Profilhöhe des Dichtrings (AuBenradius minus Innenradius) klein ist im Verhältnis zum Kolbendurchmesser. Wenn dieses Verhältnis jedoch eine gewisse Größe übersteigt (insbesondere bei kleinen Kolben), kann man zur Ausführung gemäß Fig.5 greifen. Dort ist vorgesehen, daß der untere Teil 34 des Dichtrings, der gänzlich aus dem elastomeren Werkstoff besteht, längs der Fläche 35 von dem äußeren Profilteil 36, der aus härterem Material besteht oder Gewebeverstärkungen enthält, getrennt ist. Bei der Montage kann zunächst der nachgiebige Teil 34 in die Nut cingeknüpft werden. Danach kann der äußere Teil 36 unter geringfügiger Dehnung über die Schultern des Kolbens geschoben und an den vorgesehenen Platz gebracht werden. Demgegenüber bietet die Montage der Stütz- und Winkelringe keine Probleme, da sie geteilt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche;

   }, Doppeltwirkende Dichtungsanordnung
   Abdichten eines sie in einer Nut aufnehmenden Elements im Verhältnis zu einer im wesentlichen quer zur Nutrichtung bewegten Gegendichtfliche, wobei die Dichtungsanordnung sieh mehrteilig aus einem verhältnismäßig weichen Dichtstreifen und zwei Stützstreifen aus härterem Material zusammensetzt, die sich direkt oder indirekt an den Nutstirnwänden abstützen und den Dichtstreifen zumindest auf der der Gegendichtfläche zugewendeten Seite mit einer Lippe teilweise übergreifen, wobei die Stützstreifen und der Dichtstreifen mit ineinandergreifenden Rippen und Nuten ausgerüstet sind, deren Flankenprofil spitzwinklig zu dem auf den Mittelpunkt des Dichtstreifenprofils bezogenen Radius verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (32) und Nuten (19) als Drehverriegelung mit nahezu parallelen Flanken (20, 21) ausgebildet sind, die winklig in radial nach außen und innen strebende Flächen (24,25) übergehen.
2. 2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei zwischen den Stützstreifen (11) und den Nutstirnflächen je ein Winkelstreifen (9) aus verhältnismäßig hartem Werkstoff angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstreifen (11) und die Winkelstreifen (9) über eine Schrägfläche (13, 15) zusammenwirken, die mit der Gegendichtfläche (6) auf der vom Dichtring (12) abgewandten Seite einen spitzen Winkel (14) einschließt
3. 3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dab wenigstens ein Stützring (11) in Umfang&.-ichtung Erhöhungen (26) aufweist, die sich in den Centring (12) zum Verbessern des Reibschlusses eindrücken.
4. 4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (26) innerhalb der Drehverriegelung (32,19) vorgesehen sind.