DE3319728C2 - Dichtvorrichtung für Hydraulikkolben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung für einen starr mit einer zugeordneten Kolbenstange verbundenen Kolben, insbesondere einen Hydraulikkolben für hohe Drücke, wobei der Kolben in einem umgebenden Zylinder hin- und herbewegbar sowie um einen kleinen Winkel zur Mittelachse des Zylinders schwenkbar ist, mit mehreren Dichtringen aus Metall.

Kolben der genannten Art, die starr mit der zugeordneten Kolbenstange verbunden sind und deswegen während der Hin- und Herbewegung in einem umgebenden Zylinder mit ihrer Längsachse relativ zur Mittenachse des Zylinders um einen kleinen Winkel neigbar oder kippbar sind, werden in hydraulischen Axial- und Radialkolbenmaschinen, jedoch auch in Steuerkolben o.a. verwendet. Um eine genügende Abdichtung zwischen dem Kolben und der Zylinderwand für sämtliche auftretenden Neigungen des Kolbens und der Kolbenstange relativ zur Mittenachse des Zylinders zu erreichen, sind verschiedene Dichtringanordnungen vorgeschlagen worden. So sind in den schwedischen Patentschriften 190, 707 und 210, 202 teilweise kugelförmige äußere Flächen auf Kolbenringen beschrieben, welche in Nuten in Kolben angebracht sind. Genauere Untersuchungen des Betriebes solcher Ringe im Zusammenhang mit Erfahrungen aus der Herstellung und dem Betrieb von Maschinen, die mit derartigen Dichtringvorrichtungen ausgerüstet sind, haben gezeigt, daß diese sogenannten kugelförmigen Kolbenringe immer noch bestimmte Nachteile aufweisen, die mit zu­ nehmender Zeit immer mehr Anlaß zu Unzuträglichkeiten geben.

Kürzlich wurde ein Vorschlag zur Überwindung dieser Unzu­ träglichkeiten bei den vorbekannten kugelförmigen Kolben­ ringen gemacht, in dem diese durch zwei oder mehrere ringförmige radial geschlitzte Metalldichtringe ersetzt wurden, die insbesondere aus Stahl bestehen und eine zylindrische äußere Umfangsfläche aufweisen. Bei Ver­ suchen zeigte sich, daß derartige Dichtungsringe ver­ besserte Dichteigenschaften und Verschleißfestigkeit zei­ gen sowie eine einfachere und kostengünstigere Herstel­ lung ermöglichen. Der Hauptgrund hierfür scheint eine unterschiedliche, vorteilhaftere Funktionsweise derar­ tiger als Dichtungsringe oder Scheiben hergestellter Ringe im Vergleich zu kugelförmigen Kolbenringen zu sein.

In der genannten Anmeldung (DE 33 19 729.6-12) sind die als Scheiben herge­ stellten Ringe in Gruppen angeordnet, um mit ihrer äuße­ ren Umfangsfläche gegen die Zylinderwand abzudichten. Aber eine Verallgemeinerung dieses Vorschlages würde ver­ nünftigerweise bedingen, daß derartige in Gruppen ange­ ordnete Ringe auch eine ähnliche Dichtwirkung mit ihrer inneren Umfangsfläche bereitstellen. Dies ist nunmehr durch Versuche bestätigt worden, als eine Folge hiervon wurde eine neue und überraschend einfache Möglichkeit zur Erreichung einer vollständigen und wirkungsvollen Dich­ tung durch eine strukturelle Umkehrung des vorangenannten Konzeptes erreicht.

Für eine rein parallele oder translatorische Bewegung der Kolbenstange im Zylinder, also ohne Auftreten einer Nei­ gung des Kolbens, ist für Anwendungen bei relativ geringen Drücken, wie in der DE-PS 24 40 037 beschrieben, eine Kolbenringanordnung offenbart, die aus mehreren gleichen zylindrischen Ringen besteht. Würde man versuchen, eine solche Kolbenringanordnung bei Kolben und Kolbenstangenanordnungen zu verwenden, die in dem Zylinder eine Neigung aufweisen, ergäbe sich eine vollständig unzureichende Dichtwirkung verbunden mit weiteren Nachteilen, wie Lecks durch die Ringspalte und Anfälligkeit gegen Beschädigung durch Erosion.

Ähnliche Probleme entstehen auch bei den Dichtungen gemäß der US-PS 2,348,939 sowie der GB-PS 1,567,093.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die bei den oben genannten Anordnungen auftretenden Unzulänglichkeiten weitgehend beseitigt sind.

Gelöst wird diese Aufgabe mit der eingangs genannten Dichtvorrichtung dadurch, daß die Dichtringe aus drei oder mehreren ringförmigen, radial geschlitzten Dichtungsscheiben aus Metallblech gebildet sind, die radial gleitbar in einer entsprechend vertieften, gemeinsamen Umfangsnut in der Wand des Zylinders benachbart zu dessen kolbenstangenseitigem Ende zur selbsttätigen Justierung mit dessen innerer Fläche in Dichtkontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche der Kolben-Kolbenstangenanordnung entsprechend ihrer sich ändernden Schwenkung angebracht sind.

Hieraus ergibt sich eine Anzahl von Vorteilen. In beispielsweise einer Radialkolbenmaschine, in der die Kolben bisher drehbar auf einem Kugellager am Ende der Kolbenstange gehalten werden mußten, um die Winkeländerungen des mit einem Kolbenring versehenen Kolbens während dessen Bewegung in der Zylinderbohrung zu ermöglichen, können jetzt Kolben und Kolbenstange als ein gemeinsames zylindrisches starres Teil gleichmäßiger Dicke gefertigt werden, das sich vorwärts und zurück in leicht aufgeweiteten zylindrischen Kammern bewegt, an deren Kolbenstangenende eine Gruppe von scheibenartigen Ringen gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist. Dies ist zunächst vorteilhaft für die Herstellung und weiterhin erleichtert es die Schmierungsprobleme, die solche Kugelverbindungen deswegen aufweisen, da sie nicht hydrostatisch aus­ balanciert werden können.

Auch bei Steuerkolben, bei denen eine Gelenkverbindung zwischen Kolbenstange und Kolben oder Kolbenstange und beaufschlagendem Glied sonst zur Aufnahme von Winkelände­ rungen erforderlich wäre, können solche Gelenkverbindun­ gen nun weggelassen werden und die Anordnung aus Kolben und Kolbenstange statt dessen mit einer Dichtringanordnung gemäß der Erfindung gedichtet werden, die am kolben­ stangenseitigen Ende des Zylinders angebracht ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Radialkolbenmaschine mit Dichtvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfin­ dung,

Fig. 2 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab einer Dichtvorrichtung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Radialkolbenmaschine 1 mit einem Gehäuse 2 dargestellt, in dem eine umlaufende Kurbel­ scheibe 3 angebracht ist, die Kolben 4 trägt, welche sich hin und her in Kolbenkammern 5 bewegen, die in einer zentralen Zylindertrommel 6 vorgesehen sind. Die Kammern 5 sind mit Ein- und Auslässen versehen (nicht darge­ stellt) für Hydraulikflüssigkeit und die dargestellten Kolben 4 sind als zylindrische Körper gleichmäßigen Durch­ messers hergestellt, wobei diese Körper durch ′einen Fuß­ abschnitt 7 starr mit der Scheibe 3 verbunden sind. Während der Drehbewegung der Scheibe 3 bewegen sich die Kolben 4 in die Zylinderkammern 5 hinein und wieder heraus, wobei ihre Längsachse einen sich ändernden Winkel α mit der Mittenachse jeder Kammer 5 einnimmt. Die Änderungen des Winkels α im vorliegenden Fall betragen etwa ± 5°.

Um eine Dichtung zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbens und der Kolbenstange 4 und dem Inneren der Zylin­ derkammer 5 zu erhalten, ist an dem kolbenseitigen Ende dieser Kammer eine Dichtvorrichtung gemäß der Erfindung angebracht. Wie weiter aus der Schnittansicht in ver­ größertem Maßstab gemäß Fig. 2 hervorgeht, besteht die Dichtvorrichtung aus zumindest drei, ringförmigen radial geschlitzten Dichtungsringen 8, die aus Metall, vorzugs­ weise Stahl, gefertigt sind und sich in einer gemeinsamen Umfangsnut in der Wand des Zylinders oder der Kammer befinden. Diese Dichtungsringe 8 weisen eine zylindrische innere Kantenfläche 10 auf und werden in ihrer Lage mittels eines Tragringes 11 in der Nut 9 gehalten, der axial außerhalb der Dichtringe angebracht ist. Der Trag­ ring 11 wiederum ist durch einen Haltering 12 festgelegt.

Die scheibenähnlichen Dichtungsringe 8 berühren mit ihren zylindrischen inneren Kantenflächen dichtend die zylin­ drische äußere Umfangsfläche der Anordnung 4 aus Kolben und Kolbenstange. Da jeder Ring 8 relativ dünn ist, ist seine Schlitz- oder Spaltbreite gering, und der Satz von drei oder mehreren Ringen 8, die axial hintereinander angeordnet sind, bilden eine Art von Labyrinthdichtung. Die Scheiben oder Ringe 8 sind vorzugsweise aus Blechmate­ rial, bevorzugt Stahl, mit den gewünschten Materialeigen­ schaften hergestellt, und der Herstellungsvorgang umfaßt im wesentlichen Stanzen. Die Dichtungsringe 8 jedes Satzes liegen radial gleitend in der Nut 9, so daß sie sich jeder selbst entsprechend der geneigten Lage der Kolben-Kolbenstangenanordnung 4 bewegen können, wobei diese Selbstjustierung auch dadurch erleichtert wird, daß die scheibenartigen Dichtungsringe 8 selbst sehr glatt sind und genügend durch den Leckfluß durch die Spalte geschmiert werden, was auch für sehr hohe Drucke der Hydraulikflüssigkeit oder des Hydraulikmediums in einer Größenordnung von 300 bis 400 bar gilt.

Es ist offenbar, daß, je dünner die Dichtringe 8 sind, desto geringer ihre maximale Spaltgröße bei Neigung ist und desto weniger Leckage durch jeden Ringspalt auftreten wird. Rein theoretisch sollte daher die Dicke der Ringe 8 tatsächlich gleich Null sein, in der Praxis wird jedoch die Ringdicke abhängig von den maßgeblichen praktischen Bedingungen gewählt. Die effektive Wirkung der Ringe kann zumindest zu einem gewissen Grade der Bedingung zuge­ schrieben werden, daß sie im Betrieb einen Serienwider­ stand für das hierdurch leckende Arbeitsfluidum darstel­ len, was in diesem Zusammenhang sehr vorteilhaft ist. Sowohl der Verschleiß der Ringe und anderer Teile des Systems und Beschädigungen auf den Ringen können infolge dieser Reihenwiderstandswirkung um ein beträchtliches Maß vermindert werden. Falls erwünscht können eine oder beide Kanten der aktiven inneren zylindrischen Kantenfläche leicht ausgekehlt werden, um etwas die maximal auf­ tretende Schlitzgröße in den extrem geneigten Lagen des Kolbens und der Kolbenstange relativ zur Mittenachse des Zylinders zu verringern.

Claims (2)

1. Dichtvorrichtung für einen starr mit einer zugeord­ neten Kolbenstange verbundenen Kolben, insbesondere einen Hydraulikkolben für hohe Drücke, wobei der Kolben in einem umgebenden Zylinder hin- und herbewegbar sowie um einen kleinen Winkel zur Mittelachse des Zylinders schwenkbar ist, mit mehreren Dichtringen aus Metall, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe aus drei oder mehreren ringförmigen, radial geschlitzten Dichtungs­ scheiben (8) aus Metallblech gebildet sind, die radial gleitbar in einer entsprechend vertieften, gemeinsamen Umfangsnut (9) in der Wand des Zylinders (5) benachbart zu dessen kolbenstangenseitigem Ende zur selbsttätigen Justierung mit dessen innerer Fläche in Dichtkontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche der Kolben- Kolbenstangen­ anordnung (4) entsprechend ihrer sich ändernden Schwen­ kung angebracht sind.

2. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kantenfläche jedes Dichtungsringes (8) zylindrisch ist.