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Abdichtung beweglicher Teile in durch Druckgas betrie-
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benen Zylinder-Kolben-Systemen Die Erfindung betrifft eine Abdichtung
beweglicher Teile in durch Druckgas betriebenen Zylinder-Kolben-Systemen mit einem
unter Druckgaseinwirkung verformbaren ringförmigen Dichtmittel.
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Es ist bekannt, bewegliche Teile in Zylinder-Kolben-' systemen mit
einem ringförmigen Dichtmittel abzudichten.
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Üblich ist die Abdichtung von Kolben gegenUber, Zylindern durch sogenann-te
Kolbenringe. Diese Abdichtung ist zum Beispiel in Verbrennungsmotoren- weit verbreite.t.
Die Kolbenringe werden bei DruckbeauSschlagung dergestalt verformt, daß die Anpressung
ihrer Dichtfläche an die Innenwand des Zylinders verstärkt wird. Die Druckbeaufschlagung
der Kolbenringe erfolgt in diesem Fall zwangsläufig durch die Ausbreitung des unter
Druck stehenden Gases im Zwischenraum zwischen der-Außenfläche des Kolbens und der
Innenfläche des Zylinders. Ein z.B. in einer ringförmigen Nut des Kolbens gehaltener
Kolbenring setzt diesem Gasdruck einen Widerstand entgegen. Je nach Höhe der Druckbeaufschlagung,
Breite des Spalts zwischen
Kolbenaußenfläche und Zylinderinnenfläche
sowie Abmessungen und Materialeigenschaften des Kolbenrings wird dieser in der erwähnten
Weise geringfügig elastisch aufgeweitet.
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Bei der herkömmlichen Abdichtung beweglicher Teile in Zylinder-Kolben-Systemen
müssen unerwünschte Nachteile in Kauf genommen werden. So ist bei der Abdichtung
mit üblichen Kolbenringen stets ein Spiel- zwischen diesen und der Zylinderinnenfläche
vorhanden, das einen Druckverlust bzw. eine Undichtigkei-t zur Folge hat. Aus diesem
Grunde sind bei dieser Abdichtung besonders geringe Abweichungen der Abmessungen
des Dichtmittels von den Sollwerten (Toleranzen) erforderlich.
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Insbesondere bei Einrichtungen, in denen eine begrenzte Menge Druckgas,
welches zum Beispiel einem Druckgasgenerator auf Basis pyrotechnischer Feststoffe
entnommen wird, als Energiequelle für einen einmaligen Bewegungsvorgang verwendet
wird, ist eine sichere Abdichtung der beweglichen Teile erwünscht. Eine solche Abdichtung
ist vor allem bei Teilen erforderlich,.die zum Teil während langer Zeit, sta-rken
Umwelteinflü:ssen, z.B. großen Temperaturschwankungen, unterworfen sind, bevor sie
zum Einsatz gelangen, z.B. in Rückstrammsystemen für Sicherheitsgurtwickelautomaten
in Kraftfahrzeugen. An die Abdichtung wird die Forderung gestellt, daß sie auch
nach solcher Beanspruchung einwandfrei funktioniert. Des weiteren wird eine besonders
sichere Abdichtung bei Bewegung von Teile n mit ungleichmäßiger Oberfläche, z.B.
Seilen, benötigt.
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Die erwähnten Aufgaben werden e-rfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1 gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Dichtmittels wird erreicht,
daß die Abdichtung der beweglichen Teile in Abhängigkeit von der Druckbeanspruchung
erfolgt. Sie ist also bei hoher Druckbeanspruchung besonders hoch. Aufgrund der
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Abdicht.ung kann das Dichtmittel mit größeren
Toleranzen als sonst üblich gefertigt werden. Das erfindungsgemäße Dichtmittel ist
insbesondere für Systeme vorgesehen, die gegebenenfalls erst nach sehr langen Zeiträumen,
z.B. 10 Jahre und mehr, einmalig zum Einsatz kommen.
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Es ist bevorzugt aus einem Material, das unter Druckeinwirkung sehr
gut e-lastisch und gegebenenfalls zusätzlich auch plastisch verformbar ist.
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Das erfindungsgemäße Dichtmittel dient bevorzugt der Abdichtung zwischen
dem am Kolben in axialer Richtung befestigen Teil und der im Zylinder für dieses
Teil vorgesehenen Durchführung. Das am Zylinder befestigte Teil kann z.B. ein flexibles
Zugmittel, wie ein Seil, sein.
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Es kann jedoch auch als starre Verbindung in Form einer Kolbenstange
ausgebildet sein. Die im Zylinder für das am Kolben befestigte, bewegliche Teil
vorgesehene Durchführung kann in diesem lösbar, z.B. durch Verschraubung, oder unlösbar,
z.B. durch Verschweißung, angebracht sein.
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Die Durchführung weist eine axiale Bohrung für das am Kolben befestigte
Teil auf.
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Das erfindungsgemäße Dichtmittel kann auch zur Abdichtung zwischen
dem Kolben und dem Zylinder anstatt der dafür üblichen Kolbenringe verwendet werden.
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In den durch Druckgas betriebenen Zylinder-Kolben-Systemen wird das
Gas vorzugsweise durch eine radial in der Zylinderwand vorgeseh-ene Öffnung in den
Zwischenraum zwischen dem Kolben und der im Zylinder enthaltenen Durch führung für
das am Kolben befestigte Teil eingeleitet.
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Das Gas kann jedoch auch so eingeleitet werden, daß es
auf.
die von der erwähnten Durchführung abgewandten Fläche des Kolbens einwirkt.
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Eine besonders, vorteilhafte Ausg-estaltung des Dichtmittels ist im
Anspruch 2 angegeben. Durch diese spezielle geometrische Form wird eine besonders
große Angriffsfläche für das Druckgas und damit eine besonders gute Anpressung erreicht.
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Die Druckbeaufschlagung des erfindungsgemäßen Dichtmittels erfolgt
bevorzugt über wenigstens einen axialen Durchlaß einer Ringscheibe, durch welche
das Dichtmittel in einer Ausnehmung des Kolbens bzw. der Durchführung vor zugsweise
gehalten ist. Die Ringscheibe. ist bevorzugt lösbar mit dem Kolben bzw. der Durchführung
verbunden, jedoch ist auch eine unlösbare Verbindung möglich.
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Die Druc'kbeaufscfilagung des erfindungsgemäßen Dichtmittels kann
auch durch wenigstens einen axialen Durchlaß im Kolben bzw. in der Durchführung
des am Kolben befestig ten, beweglichen Teils erfolgen. In diesem Fall erfolgt die
Montage des Dichtmittels durch Überstreifen über den Kolben bzw. Einschieben durch
die in der Durchführung vorhandene axiale Bohrung.
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Das erfindungsgemäße Dichtmittel besteht aus einem verformbaren Material,
wie z.B. Gummi, Kunststoff, Blei, Kupfer oder Lagermetall. Bevorzu.gt besteht das
Dichtmittel aus einem Kunststoff.. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung.
der Erfindung besteht das Dicht-.
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mittel aus einem -Material, welches als Festschmierstoff wirkt, wie
zum Beispiel Polytetrafluoräthylen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Zylinder-Kolben-
System
mit einer erfindungsgemäßen Abdichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Zylinder-Kolben-Sytem
mit zwei erfindungsg.emäßen Abdichtungen, Fig. 3 zwei Varianten eines Dichtmittels,
jeweils im Halbschnitt, und Fig. 4 zwei weitere Varianten des Dichtmittels, gleichfalls
jeweils im Halbschnitt.
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Im Zylinder-Kolben-Sytem gemäß. Fig. 1 wird das aus einem Druckspeicher,
z.B. einer Druckpatrone, freigegebene Gas durch eine radiåle Bohrung 1 in der Wand
eines Zylinders 3 in Richtung des Pfeils A in einen Druckraum 2 geleitet. Der Zylinder
3 besteht vorzugsweise aus Metall. Er ist mit einer Durchführung 4 für ein an einem
Kolben 7 befestigtes, bewegliches Teil 5 versehen. Das bewegliche Teil 5 ist mit
seinem inneren Ende am Kolben 7 befestigt. Das bewegliche Teil 5 wird durch eine
Bohrung 6 der Durchführung 4 geführt. Sein äußeres Ende ist mit einem in der Figur
nicht-dargestel.lten; zu bewegenden Teil verbunden. In einer Ausnehmung 8 der Durchführung
4 ist ein Dichtmittel 9 angeordnet. Das Dichtmittel kann neben den bereits:angeführten
Materialien z.B. auch aus Silikongumm'i oder Polyamid 6.6 bestehen. Das Dichtmittel
9 wird von einer Ringscheibe lo gehalten, die in die Durchführung 4 z.B. eingeschraubt
ist. Die Durchführung 4 ist ihrerseits mit dem Zylinder 3 z.B. durch die Verschweißung
19 fest un-d gasdicht verbunden. Die Ringscheibe 10 weist axiale Durchlässe 11 auf,
von denen zwei gezeigt sind.
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Die axialen Durchlässe 11 gestatten den Gaseintritt in die Ausnehmung
8 und damit die Druckbeaufschlagung des
Dichtmittels 9. Um eine
große Einwirkungsfläche für das Gas am Dichtmittel 9 zu erreichen, ist dieses mit
einer bevorzugt konkaven Ausnehmung 14 versehen. Anzahl und Größe der Durchlässe
11 werden entsprechend den Eigen-! schaften des Dichtmittels 9 und der beabsichtigten
Wirkung des Druckgasses gewählt.
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In Fig. 2 ist zusätzlich eine Abdichtung des kolbens 7 gegenüber der
Innenwand des Zylinders 3 durch ein Dichtmittel 13 dargestellt. Das Dichtmittel
13 ist in einer Ausnehmung 12 im Kolben 7 durch die Ringscheibe 20 gehalten. Bei
Einwirkung eines Gases aus dem Druckraum 2 erfolgt eine verstärkte Abdichtung zwischen
dem Kolben 7 und der Innenwand des Zylinders 3. Diese Abdichtung ist beim höchsten
Druck des Gases im Druckraum 2 am-größten.
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Infolgedessen wird die vom Gas auf den Kolben 7 wirkende Kraft erhöht.
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Die Funktion des Systems nach F.ig. 2 ist wie folgt: Der Kolben 7
wird durch das entsprechend dem Pfeil A in den Druckraum 2 einströmende Druckgas
in Richtung des Pfeils B bewegt. Ein Teil des Gases tritt durch die axialen Durchlässe
11 der Ringscheiben 10,20 und wirkt auf die Dichtmittel 9,13 ein. Die spezielle
Formgebung der Dichtmittel 9,13 mit der konkaven Ausnehmung 14, die sic von den
vom Druckgas direkt beaufschlagten Stirnflächen 17 bis zu den von den Dichtflächen
15,log abgewandten Mantelflächen 18,21 erstreckt, bewirkt die verstärkte Abdichtung
des beweglichen Teils 5 gegenüber der Durchführung 4 sowie des Kolbens 7 gegenüber
der Innenwand des Zylinders 3. Bei fortschreitender Bewegung des Kolbens 7 in Richtung
des Pfeils B erfolgt über die axialen Durchlässe 11 und die Ausnehmungen 8,12 weiterhin
eine Abdichtung durch Anpr-essung der plastischen Dichtmittel 9,13 an das bewegliche
Teil 5 bzw. die Innenwand des Zylinders 3.
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Fig. 3 zeigt eine möqliche Ausführungsform des Dichtmittels 9, welches
zwecks besserer Dichtwirkung gemäß der linken Hälfte mit den speziell gestalteten
Dichtrippen 15 bzw. gemäß .dem rechten Halbschnitt mit einer im Vergleich zu den
Fig. 1 und 2 verkleinerten Dichtfläche 22 versehen ist, um die spezifische Anpreßkraft
zu erhöhen. Des weiteren sind die konkave Ausnehmung 14 und die Mantelfläche 18
dargestellt.
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Fiq. 4 zeigt entsprechend eine mögliche Ausführungsform des Dichtmittels
13 mit den äußeren Dichtrippen 16 bzw.
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der äußeren Dichtfläche 23, der konkaven Ausnehmung 14 und der Mantelfläche
21.