DE3104332A1 - Abdichtvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs, insbesondere eine sog. Kompaktdichtung für die Kolben-Zylinderaggregate von Baumaschinen, wo die Dichtungen hohen Drücken und strengen Betriebsbeanspruchungen ausgesetzt sind.

Kolben- und Kolbenstangendichtungen sollen die Leckage von Druckmittel in einem Hydraulikzylinder verhindern. Zu diesem Zweck benutzt man heutzutage meistens sog. Kompaktdichtungen aus elastischem Werkstoff. Die Kompaktdichtung hat den grossen Vorteil, dass sie sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Drücken für gute Dichtheit bürgt. Bei niedrigen Drücken wird die Abdichtfunktion dadurch zustandegebracht, dass die Dichtung mit radialer Vorspannung zwischen der statischen und der beweglichen Fläche des Kolbenzylinderaggregats eingespannt ist. Bei hohen Drücken wird das Abdichtvermögen dadurch gestärkt, dass der Dichtkörper fester gegen die bewegliche Fläche angedrückt wird» Die Dichtung besteht aus irgendeinem keilförmigen Dichtkörper. Üeblicherweise benutzt man für den Dichtkörper einen verschleissfesten Nitrilkautschuk. Bei Betriebstemperaturen von mehr als 100 C oder bei Verwendung eines aggressiven Druckmittels kann der Dichtkörper aus anderen Werkstoffen gefertigt sein, beispielsweise Fluorkautschuk. Die Dichtung ist in eine im Schnitt ü-förmige Rille in z.B. einen Zylinderdeckel eingesetzt, um gegen eine sich durch den Zylinderdeckel erstreckende Kolbenstange abzudichten. Die Dichtung ist derart im Verhältnis zur Rille ausgebildet, dass sie in radialer Richtung vorgespannt wird, wenn die Kolbenstange durch den Zylinderdeckel geführt wird, so dass der Dichtkörper der Dichtung zwischen dem Grund der Rille und der Kolbenstange zusammengedrückt wird. Die Ausdehnung der Dichtung in der Verschieberichtung der Kolbenstange ist geringer als die entsprechende Ausdehnung der Rille, weshalb zwischen der einen Seitenfläche der Rille und der Dichtung

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ein Zwischenraum entsteht, der mit dem Hydraulikzylinder über einen das Druckmittel zur Dichtungsrille führenden Kanal verbunden ist. Druckunterschiede im Hydraulikzylinder werden über diesen Kanal zur Druckseite der Dichtung fortgepflanzt, und der Druck wird im wesentlichen gleichförmig in der gesamten Dichtung verteilt. Der Dichtkörper der Dichtung wird bei zunehmendem Druck axial zusammengedrückt und dabei fester teils gegen den Grund der Rille und teils gegen die Kolbenstange angedrückt, wodurch das Abdichtvermögen gesteigert wird. Um ein Extrudieren, d.h. ein Ausdringen des Dichtkörpers in den zwischen der Kolbenstange und dem Zylinderdeckel auf der Niederdruckseite gebildeten Spalt zu verhindern, ist die Kompaktdichtung vorzugsweise in drei Stufen aufgebaut.

Die erste Stufe besteht aus einem Stützring, der beispielsweise in einer Rille in einer Armierung angeordnet ist, die die zweite Stufe zwischen dem Stützring und dem die dritte Stufe bildenden Dichtkörper darstellt. Die Armierung wirkt als eine ausgleichende Zwischenstufe, unterstützt den Dichtkörper und verhindert dessen Ausdringen. Die Armierung besteht aus einem härteren Werkstoff als der Dichtkörper, beispielsweise aus einem nichtlaminierten Werkstoff mit einer Menge willkürlich verteilter Fasern in einem verschleissfesten, synthetischen Werkstoff in einem Kautschuk, beispielsweise Nitril- oder Fluorkautschuk, Durch diesen für die Armierung gewählten Werkstoff ist es möglich, die Armierung an den Dichtkörper zu binden und eine homogene Dichtung zustandezubringen. Die Verbindung zwischen dem Dichtkörper und der Armierung ist praktisch unzertrennbar. Der Stützring, welcher lose; in einer Rille in der Armierung liegen kann» besteht beispielsweise aus einem Acetalkunststoff.

Ein Nachteil dieser bekannten Dichtung liegt darin, dass 3^r» sie in einar "geschlossenen" Rille montiert wird. Bin weiterer Nachteil besteht darin, dass die Dichtung bei

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allzu grossem Spiel zwischen der beweglichen Kolbenstange und dem Zylinderdeckel nicht funktioniert, was darauf zurückzuführen ist, dass die Dichtung bei niedrigen Drücken ein zunehmendes Spiel ausschliesslich durch ihre radiale Vorspannung ausgleicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kompaktdichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die mit den bekannten Kompaktd;Lchtungen verknüpften Nachteile beseitigt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird mit den im Patentanspruch angegebenen Mitteln und Massnahmen erreicht,

Die erfindungsmässige Abdichtvorrichtung bietet mehrere Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik. Erstens kann die Abdichtvorrichtung infolge der axialen Vorspannung des Dichtkörpers abgenutztes Material des Dichtkörpers und/oder zunehmendes Spiel zwischen Kolbenstange und Zylinderdeckel ausgleichen, und zweitens kann die Abdichtvorrichtung dank der "offenen" Rille, in der sie angebracht ist, leichter montiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine einfachwirkende, erste Ausführungsform im Schnitt,

Fig, 2 eine einfachwirkende, zweite Ausführungsform,

Fig. 3 eine doppeltwirkende Variante der erfindungsmässigen Abdichtvorrichtung, und 35

Fig. 4 eine Abänderung der Rille, in der eine Dichtung

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der Abdichtvorrichtung aufgenommen ist.

Fig, 1 zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderdeckel 1 und eine darin vorgesehene Kolbenstange 2. Ein Spalt d zwischen Zylinderdeckel und Kolbenstange wird mittels einer sich rundum die Kolbenstange erstreckenden, in einer Rille 3 im Zylinderdeckel aufgenommenen Kompaktdichtung 7 abgedichtet.

Die Rille 3 hat einen im Verhältnis zur Axialrichtung der Kolbenstange schräggestellten Grund 4 und Seitenflächen 5 und 6. Der Grund schliesst mit der Axialrichtung einen Winkel α ein, der im Intervall 5-35 liegt. Dies ist der grundlegende Unterschied zwischen der erfindungsmässigen Abdichtvorrichtung und den bekannten Abdichtvorrichtungen, Ferner endet die Seitenfläche 5 im Abstand a von der Kolbenstange, während sich die Seitenfläche so weit an die Kolbenstange heranerstreckt, dass nur der schmale Spalt d die Kolbenstange 2 vom Zylinderdeckel 1 trennt.

Die Dichtung ist aus den früher beschriebenen Teilen, dem Dichtkörper 8, der Armierung 9 und dem Stützring aufgebaut und hat im nicht vorgespannten Zustand etwas grössere Abmessungen als die Rille, weshalb die Dichtung· sowohl in radialer als auch in axialer Richtung vorgespannt wird, wenn sie in die. Rille zwischen der Kolbenstange 2 und dem Zylinderdeckel 1 eingelegt wird. Ferner ist die Rille 3 "offen", so dass eine Dichtung 7 von Hand in sie eingelegt werden kann.

Die Hydraulikflüssigkeit vom Zylinder betätigt die Dichtung über den breiten Spalt, der vom Abstand a zwischen dem Zylinderdeckel und der Kolbenstange gebildet wird. Der Druck wird also auf einen Teil der Oberseite oder Druckseite des Dichtkörpers 8 aufgebracht, zum Unterschied vom

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Stand der Technik, wo der Druck auf die gesamte Oberseite des Dichtkörpers aufgebracht wurde. Bei zunehmendem Druck wird somit die Anlegekraft auf eine kleinere, abgegrenzte Fläche gesteigert, was vor allem bei grossen Seitenkräften und grossen Spielen bessere Dichtheit bietet.

Die Armierung 9 und der Stützring 10 sind keilförmig radial nach aussen, und dies bedeutet dass die Anlegekraft gegen die bewegliche Fläche entlastet wird, wenn der Dichtkörper 8 einem zunehmenden Druck ausgesetzt wird. Die Armierung und der Stützring dienen natürlich auch dazu, ein Ausdringen des Dichtkörpers in den Spalt d zu verhindern. Die Wahl des Werkstoffs und die Ausbildung der Armierung sorgen dafür, dass die Reibung der Dichtung gegen die Kolbenstange bei einem niedrigen Wert gehalten wird, und dass die Dichtung verschleissfest wird. Die Armierung 9 kann in verschiedener Weise ausgebildet sein, beispielsweise etwa L-förmig, wie in Fig. 1, oder auch in Form eines Parallelogramms oder Dreiecks.

Durch die Ausbildung der Dichtung 7 und der Rille 3 kann eine "selbsteinstellende" Abdichtvorrichtung geschaffen werden. Dadurch dass der Grund 4 der Rille 3 um den Winkel α im Verhältnis zur Axialrichtung der Kolbenstange 2 geneigt ist, und dass die Dichtung in der Rille 3 axial vorgespannt ist, wird die Dichtung abgetragenen Werkstoff des Dichtkörpers 8 und/oder zunehmendes Spiel oder einen grosser werdenden Spalt d zwischen der Kolbenstange 2 und dem Zylinderdeckel 1 ausgleichen. Diese Selbsteinstellung wird dadurch zustandegebracht, dass die axiale Vorspannungskraft in eine Kraft umqewancle.lt wird, die infolge der Keilwirkung zwischen dem Grund 4 der Rille 3 und dem Abdichtkörper 8 letzteren in Richtung gegen die Kolbenstange betätigt.

Der Stützring 10, welcher aus hartem Werkstoff gefertigt

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ist, kann dank der offenen Rille ungeteilt in dieser angebracht werden. Dies gilt auch für die verhältnismässig steife Armierung 9.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wo der Abstand a zwischen Zylinderdeckel und Kolbenstange reduziert worden ist, so dass die Rille 3 tiefer geworden ist. Man will mit dieser Konstruktion die axiale Federwirkung steigern, ' /

Es sei betont, dass die Erfindung auch für doppeltwirkende und einfachwirkende Kolbendichtungen sowie für Kolben-Zylinderaggregate des pneumatischen Typs anwendbar ist. Fig. 3 zeigt eine doppeltwirkende Kolbenstangendichtung 7, 7', die aus zwei spiegelverkehrten einfachwirkenden Dichtungen des in Fig. 1 und 2 gezeigten Typs besteht.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, eine herkömmliche U-kanalförmige Rille zu benutzen und in diese einen beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Keil einzulegen, so dass der erstrebte, geneigte Rillengrund erhalten wird.

Fig. 4 zeigt eine Rille 3", deren eine Seitenfläche 5ⁿ mit der Normalen zur Kolbenstange 2 einen Winkel β einschliesst. Die Dichtung und die Kolbenstange sind in Fig.4 nicht gezeigt. Indem man die Dichtung in einer der Rille 3" entsprechenden Weise ausbildet, erleichtert man die Montage der Dichtung. Bevorzugte Winkel sind α = 25 und β = 26°.

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Claims (1)

1. Nils Erik. Albert Barkström
   Hagäkersgatan 41 E
   S-261 42 LANDSKRONA
   Schweden

   Abdichtvorrichtung

   Patentanspruch :

   Vorrichtung zum Abdichten eines Spalts (d) zwischen zwei ineinander linear verschiebbaren Elementen (1, 2), wie Zylinder und Kolben oder Kolbenstange eines Kolben-Zylinderaggregats, umfassend eine den Spalt abdichtende Dichtung (7), die in einer Rille (3) im einen Element (1) aufgenommen ist, wobei der Grund (4) der Rille im Verhältnis zur Verschieberichtung geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (7) sowohl in der Verschieberichtung als auch senkrecht zu dieser in der Rille (3) vorgespannt ist.