DE3226595A1

DE3226595A1 - Ringabdichtung

Info

Publication number: DE3226595A1
Application number: DE19823226595
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Colin Toongabbie New South Wales Lees
Original assignee: JC Ludowici and Son Ltd
Current assignee: JC Ludowici and Son Ltd
Priority date: 1981-07-29
Filing date: 1982-07-16
Publication date: 1983-02-24
Also published as: NZ201319A; GB2102898B; JPH026383B2; US4438935A; ZA825187B; CA1191517A; JPS5824655A; GB2102898A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ringabdichtung mit elastischen Dichtungslippen, insbesondere zur Abdichtung von Druckflüssigkeiten. Derartige Abdichtungen finden in Flüssigkeitskraftanlagen Verwendung, die Zylinder, Pumpen, Ventile u.dgl. umfassen. In der Vergangenheit haben die Arbeitsdrücke in derartigen Anlagen stetig zugenommen und zwar von Arbeitsdrücken in der Größenordnung von 2000 psi (140,6 kg/cm²) bis zu 5000 psi (351,5 kg/cm²). Diese höheren Arbeitsdrücke wurden ermöglicht durch präzisere Maschinenwerkzeuge sowie durch aufwendigere Oberflächenbearbeitungen der in diesen Anlagen verwendeten Einrichtungen. Außerdem ergaben sich die höheren Arbeitsdrücke aus entsprechenden Forderungen seitens der Industrie; und es muß damit gerechnet werden, daß in Zukunft Arbeitsdrücke in der Größenordnung von 10.000 psi (703 kg/cm²) verwendet werden.

Diese Entwicklung erforderte eine Verbesserung der Flüssigkeitsabdichtungen, die in derartigen Systemen Verwendung finden. Dabei hat die Erfahrung gezeigt, daß Hochdruckabdichtungen folgende Anforderungen erfüllen müssen:

(a) Die Abdichtung muß einen hohen Starrheitsmodul bei erhöhten Arbeitstemperaturen aufweisen, so daß im Einsatz der Fuß der Abdichtung nicht zusammengedrückt wird, seitlich ausbeult und unter dem Einfluß der Druckflüssigkeit hart zur Anlage gegen das bewegte Teil kommt und dadurch hohe Reibungskräfte hervorruft, die ein hohes Temperaturniveau erzeugen, das zum Ausfall der Abdichtung führt.

(b) Der Starrheitsmodul muß außerdem so sein, daß ein Herauspressen des Fußes der Abdichtung unterhalb des lichten Spaltes zwischen der Einbuchtung der Abdichtung und dem bewegenden Teil verhindert wird. Falls ein entsprechendes Herauspressen auftritt, ergibt sich ein "Knabber"-Effekt, nämlich ein Anfressen am Abdichtungsfuß, was ebenfalls zum Ausfall der Abdichtung führt.

(c) Die Abdichtung muß eine hohe Abrieb-, Scher- und Reißfestigkeit aufweisen.

(d) Sie muß eine ausreichende Elastizität aufweisen, um hohe hydraulische Stoßbelastungen aufnehmen zu können.

(e) Sie muß eine niedrige Verdichtungsverformungs- und Spannungsentlastungs-Charakteristik aufweisen, so daß unter Arbeitsbedingungen eine gute Abdichtung in Anlage am Arbeitsteil gehalten wird, um Undichtigkeiten zu minimieren.

(f) Das Material der Abdichtung muß mit der im System verwendeten Flüssigkeit und mit der Umgebung verträglich sein.

(g) Die Abdichtung muß eine ausreichende Flexibilität aufweisen, um einen Einbau zu ermöglichen. .

Diese Anforderungen werden von einigen Ausführungsformen bekannter Abdichtungen in einem betriebsfähigen Ausmaß gerade erfüllt.

Eine vorbekannte Ausführungsform wird aus verschiedenen Elastomeren hergestellt, die mit Textilfasern verstärkt oder mit Metall- oder Kunststoffeinlagen verklebt sind. Derartige Abdichtungen sind teuer in ihrer Herstellung, da verschiedene Materialien und mehrere Verfahrensschritte zur Herstellung erforderlich sind.

Eine andere vorbekannte Abdichtung besteht aus zwei Teilen und zwar aus einem äußeren Polyurethan-Käfig mit einer Ringnut oder einem Ringschlitz, in den ein Verstärkerring aus speziell zusammengesetztem synthetischen Gummi eingesetzt ist, der beim Einbau ein Biegen der Dichtungslippen ermöglicht und die nach außen gerichtete Abdichtkraft aufbringt.

Derartige Abdichtungen stellen gegenüber der zuerst erläuterten Ausführungsform einen Fortschritt dar, jedoch ist ihre Herstellung immer noch verhältnismäßig teuer, da zwei Satz Formwerkzeuge, zwei Form-Verfahrensschritte und zwei verschiedene Materialien erforderlich sind. Außerdem muß der Verstärkerring von Hand in die genannte Ringnut eingesetzt werden, und es wurden Fälle bekannt, bei denen sich der Verstärkerring im Betrieb aus seiner Ringnut verschoben hatte, so daß die Abdichtung undicht wurde.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Ringabdichtung mit elastischen Dichtungslippen zu schaffen, die die vorstehend aufgezählten Anforderungen erfüllt, ohne die zu den vorbekannten Ausführungsformen genannten Nachteile aufzuweisen. Insbesondere soll die verbesserte Ringabdichtung auch bei hohen Betriebsdrücken eine zuverlässige Abdichtung gewährleisten, eine hohe Standzeit aufweisen und preiswert herzustellen sein.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gelöst: ^:

a) Die Ringabdichtung ist homogen ausgebildet und selbstabdichtend;

b) der Rumpf der Ringabdichtung wird von einem Boden, zwei Seitenwänden sowie einer Oberseite begrenzt;

c) jede Seitenwand weist einen oberen abgeschrägten Abschnitt auf, dessen obere Kante in einen flachen, in der Oberseite der Ringabdichtung 'liegenden Abschnitt übergeht, während die untere Kante die Dichtungslippe bildet;

d) jeder flache Abschnitt geht in einen sich nach unten erstreckenden Ringspalt über;

e) zwischen den beiden Ringspalten ist ein gewölbter Mittelabschnitt angeordnet.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Ringspalt im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist.

Der gewölbte Mittelabschnitt kann über die genannten flachen Abschnitte hinausragen und/oder im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet sein.

Der Rumpf der Ringabdichtung kann obere, bogenförmig nach außen ι^verlaufende Abschnitte aufweisen, die in die Dichtungslippen übergehen. Die Seitenwände des Rumpfes können aber auch parallel zueinander liegen, oder aber können zum Boden hin leicht keilförmig zusammenlaufen.

Der Boden der Ringabdichtung kann flach ausgebildet sein, kann aber auch mittig eine konkave Sitzausnehmung aufweisen. Letztere Ausbildung ist dann zweckmäßig, wenn zwei oder mehrere erfin~ dungsgemäße Ringabdichtungen hintereinander angeordnet werden, da dann der gewölbte Mittelabschnitt der zweiten Ringabdichtung in die konkave Sitzausnehmung der ersten Ringabdichtung zentrierend eingreifen kann.

In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine Ringabdichtung in Draufsicht;

Figur 2 einen Querschnitt gemäß der Linie A - A in Figur 1;

Figur 3 eine Darstellung gemäß Figur 2, wobei in gestrichelten Linien die ungefähre Lage angedeutet ist, die die Ringabdichtung beim Einbau annimmt;

Figur 4 zwei hintereinander angeordnete Ringabdichtungen in einer Darstellung gemäß Figur 2 und

Figur 5 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Darstellung gemäß Figur 2.

Die in Figur 1 dargestellte Ringabdichtung besteht aus einem aus homogenen Polyurethan hergestellten Körper mit einem Rumpf 1, der von einem Boden 2, zwei Seitenwänden 3,4 sowie einer Oberseite begrenzt wird. Beide Seitenwände 3,4 weisen obere, bogenförmig nach außen verlaufende Abschnitte 5,6 auf, die jeweils nach innen in einen abgeschrägten Abschnitt 7,8 übergehen, wobei die zwischen den beiden genannten Abschnitten 5,7 bzw. 6,8 liegende Kante eine Dichtungslippe 9 bzw. 10 bildet. Die Dimensionierung des Rumpfes 1 ist so ausgelegt, daß die Abdichtung zusammengehörige Maschinenteile so voneinander trennt, daß beim Betrieb unter hohen Drücken die dynamischen Reibungskräfte verringert werden. ■

In Figur 2 sind die Seitenwände 3,4 gemäß den ausgezogenen Linien parallel zueinander angeordnet. In bestimmten Anwendungsfällen können aber die Seitenwände zum Boden 2 hin leicht keil-

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förmig zusammenlaufen, wie die gestrichelten Linien andeuten, um derartige Reibungskräfte zu minimieren. Die Dichtungslippen 9,10 sichern enge Anlage an den einander zugeordneten Maschinenteilen und zwar während der gesamten Lebensdauer der Abdichtung.

Jeder abgeschrägte Abschnitt 7,8 geht über eine obere Kante in einen flachen, in der Oberseite der Ringabdichtung liegenden Abschnitt 11,12 über, der seinerseits in einen sich nach unten erstreckenden, im Querschnitt V-förmig ausgebildeten tiefen Ringspalt 13,14 übergeht, der seinerseits in einen gewölbten, im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildeten Mittelabschnitt 15 übergeht, der über die flachen Abschnitte 7,8 hinausragt. Der Boden des Rumpfes 1 weist mittig eine konkave Sitζausnehmung 16 auf.

Der Mittelabschnitt 15 fungiert als Puffer, der an den Maschinenteilen anliegt und dadurch die Dichtungslippen 9,10 während der Bewegung der Ringabdichtung und in solchen Fällen schützt, in denen zwei oder mehr Ringabdichtungen hintereinander angeordnet werden, wie es Figur 4 zeigt. Denn in diesem 'Fall greift der Mittelabschnitt 15 in die konkave Sitzausnehmung 16 der benachbarten Ringabdichtung ein, wodurch eine Zentralisierung beider Ringabdichtungen, im übrigen aber ein Abstand zwischen beiden Ringabdichtungen sichergestellt wird. Natürlich ist bei Verwendung nur einer Ringabdichtung die Sitzausnehmung 16 nicht erforderlich, jedoch ist es zur Herstellung nur eines Abdichtungstyps zweckmäßig, diese Sitzausnehmung immer vorzusehen.

Die V-förmigen Ringspalte 13,14 sind wesentlich für die Wirkungsweise und den Einbau der Abdichtung. Denn beim Einsetzen der Ringabdichtung in die Dichtungsausnehmung erlauben die beiden Ringspalte ein vergleichbar leichtes nach innen verschwenken der beiden Dichtungslippen 9,10 analog einem Kragbalken bzw. eines Auslegers.

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Die zum Verschwenken der Dichtungslippen 9,10 nach innen erforderliche Kraft (die natürlich gleich ist der nach außen gerichteten Abdichtkraft) kann bei vorgegebenem Material verändert werden durch Änderung der Dicke X der Dichtungslippen sowie der Tiefe Y der Ringspalte 13,14.

Üblicherweise wird die Oberfläche des Mittelabschnitts 15 so ausgebildet sein, daß die beiden Ringspalte 13,14 nach dem Einbau der Ringabdichtung in ihre entsprechende Ausnehmung vollständig geschlossen sind, wobei der Mittelabschnitt 15 einem Querdruck ausgesetzt ist, durch den sichergestellt wird, daß die nach außen gerichtete Abdichtkraft auch bei Abrieb der Dichtungslippen 9,10 bei normaler Betriebsweise aufrechterhalten bleibt. Durch das Zusammendrücken des Mittelabschnitts 15 wird für die Dichtungslippen 9,10 auch jede Möglichkeit ausgeräumt, unter Druckeinwirkung oder hydraulischer Stoßbelastung nach innen zu klappen, wodurch dann Hochdruckflüssigkeit entweichen oder aber an den Seitenwänden der Abdichtung ablaufen könnte.

Es wurde festgestellt, daß Abdichtungen dann zufriedenstellend arbeiten, wenn sie aus einer Polyurethanverbindung hergestellt sind, die sich aus der Reaktion einer Polyhydroxylverbindung und einem Diisocyanat mit chemischen Zusätzen ergibt, um die Verdichtungsverformung bei erhöhten Temperaturen zu reduzieren. Das Polyurethan kann oder kann auch nicht vernetzt sein mit Hydroxyl- oder Amin-Verbindungen.

Gr/Gru.

Claims

Patentansprüche:

1. Ringabdichtung mit elastischen Dichtungslippen (9,10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Ringabdichtung ist homogen ausgebildet und selbstabdichtend;

b) der Rumpf (1) der Ringabdichtung wird von einem Boden (2), zwei Seitenwänden (3,4) sowie einer Oberseite (5 - 15) begrenzt;

c) jede Seitenwand (3,4) weist einen oberen abgeschrägten Abschnitt (7,8) auf, dessen obere Kante in einen flachen, in der Oberseite (5 - 15) der Ringabdichtung liegenden Abschnitt (11,12) übergeht, während die untere Kante die Dichtungslippe (9,10) bildet;

d) jeder flache Abschnitt (11,12) geht in einen sich nach unten erstreckenden Ringspalt (13,14) über;

e) zwischen den beiden Ringspalten (13,14) ist ein gewölbter Mittelabschnitt (15) angeordnet.

2. Ringabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (13,14) im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist.

3. Ringabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gewölbte Mittelabschnitt (15) über die genannten flachen Abschnitte (7,8) hinausragt.

4. Ringabdichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gewölbte Mittelabschnitt (15) im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist.

5. Ringabdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Rumpf (1) obere, bogenförmig nach außen verlaufende Abschnitte (5,6) aufweist, die in die Dichtungslippen (9,10) übergehen.

6. Ringabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (3,4) parallel zueinander liegen.

7. Ringabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenwände (3,4) des Rumpfes(1) zu dessen Boden (2) hin leicht keilförmig zusammenlaufen.

8. Ringabdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Boden (2) flach ausgebildet ist.

9. Ringabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Boden (2) mittig eine konkave Sitzausnehmung (16) aufweist.

^entanwälte
Gramm + Lins
Gr/Gru.