DE3240475C2 - Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsvorrichtung sowie Vorrichtung zum Montieren einer solchen Dichtungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Nützliche Dichtungsvorrichtung, welche dazu dient, einen Zwischenraum zwischen einem Zylinderglied und einer Zylinderbohrung, in welche das Zylinderglied einzusetzen ist, fluiddicht abzudichten. Die Dichtungsvorrichtung umfaßt einen ringförmigen endlosen elastischen Dichtungsring aus elastischem plattenartigen Material, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser eines Dichtungspaßabschnittes auf dem Zylinderglied. Eine der entgegengesetzten Flächen des elastischen Dichtungsringes sitzt fest um den Dichtungspaßabschnitt des Zylindergliedes herum zu diesem hinweisend, während die andere Fläche des Dichtungsringes der Dichtungsfläche der Zylinderbohrung gegenübersteht und wenigstens teilweise in elastischen Kontakt mit der Dichtungsfläche gesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Montieren einer derart hergestellten Dich'.ungsvorrichtung.

Aus der DE-OS 25 04 910 ist eine Dichtungsvorrichtung zur fluiddichten Abdichtung eines Spielraums zwischen einem Zylinderglied und einer Zylinderbohrung bekannt, bei der der kreisförmige endlose Dichtungsring aus einem Schlauchabschnitt hergestellt wird. Bei der Herstellung solcher Dichtungsringe ist der Wirkungsgrad ziemlich niedrig und ferner die Bearbeitungsgenauigkeit gering. Trotz hoher Herstellkosten ist nur eine ungünstige Dichtungswirkung erreichbar. Darüber hinaus muß ein derartiger hohlzylinderförmiger Dichtungsring einen Innendurchmesser besitzen, der kleiner ist als der der Ringnut in dem Kolben als Zylinderglied, in den der Dichtungsring einzusetzen ist, damit er fest am Kolben befestigt werden kann. Ein solcher bekannter Dichtungsring ist in dem Kolben unter Ausnutzung der Elastizität seines Materials vollständig radial gedehnt befestigt, weshalb im eingesetzten Zustand die Dichtungslippe des Dichtungsrings ebenfalls in gewissem Ausmaß gedehnt ist. Folglich ist die Dehnungskraft der Dichtungslippe, die radial nach außen wirkt, d. h. die Stoß- und Druckkraft gegen die gegenüberliegende Innenwand der Zylinderbohrung, nur gering, so daß nur eine ungünstige Dichtungswirkung erzielt werden kann. Ferner ist bei einer Dichtungslippe in gedehntem Zustand die Elastizität beeinträchtigt.

Ferner ist bei der bekannten Dichtungsvorrichtung ein Teil der Bodenfläche der Kolbenringnut konusförmig radial nach innen geneigt ausgebildet, wobei ein Lippenabschnitt des Dichtungsringes in die konische Fläche radial nach innen geneigt eingreift, wodurch die Dichtungslippe mit einer radial nach außen wirkenden Dehnungskraft versehen wird. Wenn nun der Dichtungsring größeren Durchmesser erhält, um erhöhte Druckkraft gegen die Innenwand der Zylinderbohrung zu erreichen, wird dadurch andererseits die Umfassungskraft des Dichtungsringes bezüglich des Kolbens verringert, wodurch es wiederum schwierig wird, gute Dichtung zwischen der inneren Umfangsfläche des Dichtungsrings und der konusförmigen Bodenfläche der Kolbenringnut zu erreichen. Wenn schließlich der Dichtungsring aus einem dickwandigen Teil hergestellt ist, geht die Elastizität verloren, wodurch die Dichtungslippe dem Wandabschnitt der Zylinderbohrung nicht mehr besonders gut folgen kann, abgesehen davon, daß höherer Materialverbrauch erforderlich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsvorrichtung der bekannten Art bei besserer Dichtungswirkung einfacher herzustellen. Ferner soll eine leichtere Montierbarkeit erreicht werden.

Die Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Dichtungsring aus Plattenmaterial hergestellt wird.

Die Vorrichtung zum Montieren einer auf diese Weise hergestellten Dichtungsvorrichtung zeichnet sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 aus.

Da der Dichtungsring aus einem elastischen scheiben- oder plattenförmigen Material hergestellt ist, kann er in einfacher Weise mittels Rollen oder Stanzen hergestellt werden, wodurch ein homogener Dichtungsring gleichförmiger Materialdichte erreicht werden kann. Durch einfaches Stanzen ist eine sehr wirksame Ausnutzung des Materials sowie hoher Arbeitswirkungsgrad erreichbar, was die Herstellkosten verringert und die Produktivität erhöht. Im eingebauten Zustand, gemäß dem eine der abgewandten Stirnflächen an dem Dichtungspaßabschnitt, z. B. der Bodenfläche einer Kolbenringnut, anliegt, kann sehr hohe Abdichtkraft und damit hohe Dichtheit zwischen dem inneren Umfangsabschnitt des Dichtungsrings und der gegenüberliegenden Bodenfläche des Dichtungspaßabschnitts erreicht werden. Der innere Unifangsteil des Dichtungsrings ist in erheblichem Maße im eingesetzten Zustand gedehnt, so daß die Umfangs- bzw. Umfassungskraft ausreichend hoch sein kann, um hohe Dichtungswirkung zwischen den beiden Teilen zu gewährleisten. Da die andere Stirnfläche elastisch an der Innenwand der Zylinderbohrung anliegl und dadurch als Dichtungslippe wirkt, ist diese im Montagezustand nicht gedehnt, weshalb sie hohe Elastizität besitzt. Dadurch kann die Dichtungslippe der Innenwand der Zylinderbohrung außerordentlich leicht folgen, wodurch hohe Dichtungswirkung erzielt wird.

Darüber hinaus ist eine außerordentlich einfache Montage mittels eines kegelstumpfförmigen Montagewerkzeugs möglich, über den der Dichtungsring durch Aufweiten auf das Zylinderglied aufgesetzt bzw. in deren Ringnut eingeführt werden kann. Darüber hinaus ist eine Nachbearbeitung weder des Dichtungsringes noch des Kolbens erforderlich.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Teil-Vertikalschnitt einen Kompressor mit b5 einer gemäß der Erfindung hergestellten Dichtungsvorrichtung,

Fig. 2 in Aufsicht den Kolben des Kompressors gemäß Fig. 1,

F i g. 3 im Teilschnitt und vergrößert den Kolben gemäß F ig. 1,

F i g. 4 perspektivisch einen elastischen Dichtungsring für die Dichtungsvorrichtung der gemäß der Erfindung hergestellt ist,

F i g. 5A, 5B und 5C jeweils im Schnitt einen gewendeten Kolben und einen auf den Kolben aufzubringenden Dichtungsring zur Erläuterung der Schritte und des Montagewerkzeugs zum Montieren des elastischen Dichtungsrings auf dem Kolben,

Fig.6 im Teilschnitt einen Kolben mit einem daran angebrachten elastischen Dichtungsring gemäß einer anderen Ausführungsform.

Die dargestellten Ausführungsformen betreffen die Anwendung der Dichiungsvorrichtung auf einen Kompressor. Der Kompressor in den F i g. 1 und 2 ist so aufgebaut, daß ein Kolben 3 verschiebbar in eine Zylinderbohrung 2 eines Pumpenzylinders 1 eingesetzt ist. Zwischen der Außenfläche des Kolbens 3 als Zylinderglied und der Innenwand der Zylinderbohrung 2 ist eine Dichtungsvorrichtung 5 angeordnet, die nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Ein elastischer Dichtungsring R ist um eine ringförmige Kolbenringnut 4, die an der Außenfläche des Kolbens 3 ausgebildet ist, derart angebracht, daß eine Dichtungslippe 1 um die Umfangskante des elastischen Dichtungsringes R in elastische Berührung mit der Innenwand der Zylinderbohrung 2 kommt.

Der Innenraum in der Zylinderbohrung 2 ist mittels des Kolbens 3 in zwei Kammern unterteilt, wobei die obere der beiden Kammern eine Hochdruckkammer ist, das heißt, eine Pumpkammer a, und die untere Kamr.ier eine Niederdruckkammer ist, das heißt, eine Fluidzuführkammer b. Der elastische Dichtungsring R dient dazu, ein Lecken des Fluids von der Pumpenkammer a in die Fluidzuführkammer b zu verhindern. Die Pumpkammer a steht über ein Abgabeventil 11 in Verbindung mit einem (nicht gezeigten) Verbraucher für Druckfluid. Der Kolben 3 besitzt einen flachen Ventilsitz 5 auf seiner Oberseite, die zu der Pumpenkammer a weist. Ferner enthält der Kolben 3 mehrere Saugöffnungen 6, die in gleichem Abstand auf einem Kreis angeordnet sind, und eine ringförmige Verbindungsrille 7 in Verbindung mit den Saugöffnungen 6, die zu der Fluidzuführkammer b offen sind. Die ringförmige Verbindungsrille 7 ist bei dem Ventilsitz 5 zu der Pumpkammer a offen. Die Breite der Verbindungsrille 7 ist weiter bemessen als der Durchmesser der entsprechenden Saugöffnungen 6. Eine flexible Ventilplatte 8 von geringer Dicke ist mittels einer Stiftschraube 9 auf den Ventilsitz 5 des Kolbens 3 aufgesetzt, um auf diese Weise durch elastische Verformung in Zusammenarbeit mit dem Ventilsitz 5 die Verbindungsrille 7 zu öffnen oder zu schließen. Die Ventilplatte 8 bildet also ein Saugventil. Auf dem Boden der Verbindungsrille 7 sind mehrere bandförmige Aufsätze 10 ausgebildet, um die Größe der Verformung der Ventilplatte 8 zu dem Boden der Verbindungsrille 7 zu begrenzen, wobei die bandförmigen Aufsätze 10 zwischen benachbarten Saugöffnungen 6 auf dem gleichen Kreis wie die Saugöffnungen 6 gelegen sind, die auf diesem Kreis in gleichen Abständen angeordnet sind.

Die Oberseiten der jeweiligen Aufsätze 10 liegen ein wenig unterhalb des Ventilsitzes 5, um auf diese Weise keine Behinderung des Aufset/.ens der Ventilplatte 8 auf dem Ventilsitz 5 zu bewirken.

Der um die ringförmige Kolbenringnut 4 auf dem Kolben 3 anzubringende elastische Dichtungsring R wird in Gestalt eines endlosen Ringes hergestellt, wie er in F i g. 4 dargestellt ist, und zwar durch einen Stanzvorgang unter Verwendung eines elastischen Rohlings, der in Gestalt eines flächigen bzw. Plattenmaterials in einem Walzformprozeß hergestellt wird. Für den elastischen Rohling wird z. B. fluorhaltiger Kunststoff verwendet, da er ausgezeichnet korrosions- und verschleißfest ist. Es kann jedoch jedes geeignete Material verwendet werden, wenn es sich erweist, daß es gut als Dichtungsglied wirkt. Wie obenerwähnt, wird der elastische Dich- tungsring R um die ringförmige Kolbenringnut 4 an der Außenseite des Kolbens 3 angebracht, um auf diese Weise den Zwischen- oder Spielraum zwischen der Außenseite des Kolbens 3 und der Innenwand der Zylinderbohrung 2 abzudichten.

Anhand der Fig. 5A bis 5C werden nun die Schritte zum Montieren des Dichtungsringes in der Kolbenringnut des Kolbens beschrieben. Zunächst wird der Kolben 3 mit der Oberseite nach unten angeordnet. Dann wird ein kegelstumpfförmiges Montagewerkzeug J mit seinem Abschnitt 12 größeren Durchmessers auf der Bodenseite des Kolbens 3 fest montiert.

Der Abschnitt 12 größeren Durchmessers weist den gleichen Durchmesser auf wie der Kolben 3 oder einen merkbar größeren Durchmesser. Sodann wird der elastische Dichtungsring R um den oberen Endteil des Montagewerkzeugs J herum angebracht, der dort einem kleineren Durchmesser 13 besitzt, wie in F i g. 5A dargestellt. Dann wird der Dichtungsring R nach unten zu dem unteren Endteil des Montagewerkzeugs /mit dem größeren Durchmesser verschoben, wobei sein äußerer Umfangsteil 14 mit Abwärtsneigung verformt wird, wie in den Fig. 5A und 5B dargestellt. Bei weiterer Verschiebung des Dichtungsringes R nach unten wird der innere Umfangsteil 15 allmählich gedehnt, wobei der äußere Umfangsteil 14 zu der Außenfläche des Montagewerkzeugs / hin gebogen wird, bis der innere Umfangsteil 15 um die eine Seite der ringförmigen Kolbenringnut 4 (obere Seite in Fig. 5C) und der äußere Umfangsteil 14 um ihre andere Seite herum (untere Seite in Fig. 5C) angebracht ist. Auf diese Weise wird die eine Seite des Dichtungsringes R (untere Seite in Fig.4) in Berührung mit der Bodenfläche 4a der Kolbenringnut 4 gebracht, wie in F i g. 5C dargestellt. Da der Innendurchmesser des Dichtungsringes R mittels des Montage-Werkzeugs / allmählich aufgeweitet wird, wie oben beschrieben, umfaßt der innere Uir.'angstei! 15 (Innenkantenfläche) die eine Seite der Kolbenringnut 4 aufgrund der Selbstrückstellkraft, die in Einwärtsrichtung durch die Elastizität des Dichtungsringes R wirkt, wodurch

so Fluiddichte zwischen der Bodenfläche 4a der Kolbenringnut 4 und der Innenfläche des Dichtungsringes R sichergestellt wird. Da ferner die Selbstrückstellkraft des Dichtungsringes R zu dem äußeren Umfangsteil 14 (Außenkantenfläche) hin allmählich abnimmt, ergibt sich daraus, daß dieser radial nach außen ragt und seine äußere Umfangskante die Dichtungslippe /bildet.

Fig. 3 zeigt, daß der Kolben 3 mit dem elastischen Dichtungsring R, der in der Normalstellung um ihn herum angebracht ist, gleitend in die Zylinderbohrung 2 eingepaßt ist. Dabei ragt der äußere Umfangsteil 14 des Dichtungsringes R über die Außenseite des Kolbens 3 (im Bereich A in F i g. 3) vor, wobei die Dichtungslippe / durch die äußerste Umfangskante des Dichtungsringes /? gebildet wird, so daß die Dichtungslippe /in elastische

to Berührung mit der Innenwand der Zylinderbohriing 2 gebracht wird und eine zuverlässige Abdichtung sicherstellt, um zu verhindern, daß komprimiertes Fluid aus der Hochdruckkammer, das heißt der Pumpkammer a.

in die Niederdruckkammer, das heißt die Fluidzuführkammer b, leckt. Ferner ist auf einer Seite der Kolbenringnut 4 eine ringförmige Entlastungsnut 16 ausgebildet (oben in Fig. 3), die dem hinteren Abschnitt des äußeren Umfangsteiles 14 des Dichtungsringes R gegenüberliegt und größere Tiefe aufweist als die Bodenfläche 4a der Kolbenringnut 4. Die Entlastungsnut 16 läßt zu, daß die Dichtungslippe / in Radialrichtung frei verformbar ist, was dazu führt, daß sie der Innenwand der Zylinderbohrung 2 besser folgen kann. Ferner besitzt der Dichtungsring R eine einwärts gerichtete Umschließungskraft in dem Mittelbereich (Bereich B in F i g. 3), die durch die Selbstrückstellkraft erzeugt wird, um auf diese Weise einen Umfassungsabschniti h bezüglich der Bodenfläche 4a der Kolbenringnut 4 zu bilden, wobei die Umschließungskraft zu dem inneren Umfangsteil 15 des Dichtungsringes R hin allmählich erhöht wird, wodurch ein ausgezeichnet hohes Dichtungsvermögen sichergestellt wird, wobei der Dichtungsring R fest um die Kolbenringnut 4 herum gehalten wird.

An der anderen Seite der Kolbenringnut 4 (unten in Fig.3) ist außerdem eine Ringnut 17 ausgebildet, die der hinteren Seite des inneren Umfangsteiles 15 des Dichtungsringes R gegenüberliegt und größere Tiefe aufweist als der Dichtungsring R, so daß die innerste Umfangskante des inneren Umfangsteiles 15 des Dichtungsringes /?(im Bereich Cin Fig. 3) in die Ringnut 17 eingreift. Folglich weist der Umfassungsabschnitt h des Dichtungsringes R eine erhöhte Umschließungskraft auf, die auf die Bodenfläche 4a der Kolbenringnut 4 ausgeübt wird, was gleichzeitig eine freie Verschiebung des Dichtungsringes R (in Vertikalrichtung in Fig. 3) verhindert.

Die dargestellte Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Bei Abwärtsbewegung des Kolbens 3 aus der in F i g. 1 dargestellten Stellung schließt das Abgabeventil 11, wodurch der Druck in der Pumpkammer a vermindert wird, so daß die Ventilplatte 8 sich nach oben verformt, wie durch Strichlinien in Fig. 1 dargestellt, und dadurch die Verbindungsrille 7 öffnet, was bewirkt, daß Fluid aus der Fluidzuführkammer b in die Pumpkammer a gesaugt wird. Bei anschließender Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 wird das Fluid in der Pumpkammer a komprimiert und wird die Ventilplatte 8 durch den erhöhten Druck des komprimierten Fluids niedergedrückt, bis sie in Berührung mit dem Ventilsitz 5 kommt und die Verbindungsrille 7 schließt. Das komprimierte Fluid wird dann durch Öffnen des Abgabeventils 11 einem bestimmten Verbraucher für komprimiertes Fluid zugeführt.

Die Pumpkammer s weist während des Aufwärtshubes des Kolbens 3 erhöhten Druck auf, und dadurch kommt die Dichtungslippe / an dem äußeren Umfangsteil 14 des Dichtungsringes R in elastische Berührung mit der Innenwand der Zylinderbohrung 2, um auf diese Weise die Fluidabdichtung sicherzustellen.

Ferner wird der Umfassungsabschnitt a an dem inneren Umfangsteil 15 des Dichtungsringes R um die Bodenfläche 4a der Kolbenringnut 4 herum umschlossen durch die Umschließungskraft, die durch Selbstrückstellung des Dichtungsringes R entsteht, und dadurch wird die Fluidabdichtung zwischen der Innenwand des Dichtungsringes R und der Bodenfläche 4a der Kolbenringnut 4 sichergestellt so daß jegliches Lecken von Fluid aus der Pumpkammer a, das heißt der Hochdruckkammer, in die Fluidzuführkammer b, das heißt die Niederdruckkammer, vollständig verhindert wird. Da die Um schließungskraft des Dichtungsringes R viel größer ist als die durch seine Erwärmung bewirkte Expansionskraft, die in Radialrichtung nach außen gerichtet ist, besteht keine Gefahr, daß das erwähnte Dichtungsvermögen beeinträchtigt wird, selbst wenn sich der Dichtungsring R erwärmt.

F i g. 6 zeigt eine Dichtungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform, wobei der elastische Dichtungsring R auf den Kolben 3 auf andere Art als bei der vorherigen Ausführungsforni aufgesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform ist eine ringförmige Eingriffsrille 18 entweder auf der Ober- oder auf der Unterseite des Dichtungsringes R vorgesehen und ist ein entsprechender Eingriffsvorsprung 19 an einer bestimmten Stelle auf der Außenseite des Kolbens 3 ausgebildet, wobei der Eingriffsvorsprung 19 am Kolben 3 in die Eingriffsrille 18 am Dichtungsring R eingreift. Die Art des Einpassens des Eingriffsvorsprungs 19 in die Eingriffsrille 18 ist im wesentlichen die gleiche wie bei der vorherigen Ausführungsform.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsvorrichtung zur fluiddichten Abdichtung eines Spielraums zwischen einem Zylinderglied und einer Zylinderbohrung mit einem kreisförmigen endlosen Dichtungsring aus elastischem Material, der in einen Dichtungspaßabschnitt des Zylinderglieds einsetzbar ist, wobei der Außendurchmesser des Dichtungspaßabschnitts des Zylinderglieds größer ist als der Durchmesser des entsprechenden daran anliegenden Ringabschnitts des Dichtungsrings, der Durchmesser der Innenkantenfläche des Dichtungsrings kleiner ist als der Außendurchmesser des Dichtungspaßabschnitts des zugeordneten Zylinderglieds und der Durchmesser der Außenkantenfläche des Dichtungsrings größer ist als der Außendurchmessei des am Dichtungspaßabschnitt anliegenden Ringabschnitts, so daß diese die gegenüberliegende Dichtungsfläche der Zylinderbohrung elastisch berührt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring aus Plattenmaterial hergestellt wird.

2. Vorrichtung zum Montieren einer gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Dichtungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Montagewerkzeug (J) kegelstumpfförmig ist, dessen größerer Durchmesser größer oder gleich dem Außendurchmesser des Zylinderglieds (3) ist, und daß das Montagewerkzeug mit seinem größeren Durchmesser auf das Zylinderglied aufsetzbar ist.