DE3325179A1

DE3325179A1 - Dichtung zum abdichten eines pneumatisch oder hydraulisch betriebenen kolbens

Info

Publication number: DE3325179A1
Application number: DE19833325179
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Dipl.-Ing. 1000 Berlin Affeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-08
Filing date: 1983-07-08
Publication date: 1985-01-17
Also published as: FR2548751A1; GB2143007A; JPS6078166A; GB8417257D0

Description

Henkel, Renning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt

Patentanwatte Kurfürstendamm 170. D-K)OO Berlin 15 ' Dr. phffl. G. Henkel. München

Dipl.-lng. J. Renning. Berlin Dr. rer. nat L. Feiler. München Dipl.-lng. W Hänzel. München Dipl.-Phys K. H Meinig. Berlin Dr.-Ing. A. Butenschön, Berlin

Kurfürstendamm 170 D-1000 Berlin 15

Tel: 030/8812008-09 Telex: 0529802 hnkld Telegramme- Seilwehrpatent

8. Juli 1983 Bt/schu
133213 (VGN)

Prof. Dr.-Ing. Klaus Affeld
Niebuhrstraße 11, lOOO Berlin 12

Dichtung zum Abdichten eines pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Kolbens

Die Erfindung betrifft eine Dichtung zum Abdichten eines pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Kolbens nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, Kolben durch enge Passungen, Kolbenringe oder andere gleitende Dichtelemente abzudichten. Dabei ist die Dichtigkeit unter anderem von dem Anpreßdruck der Dichtung an den Kolben oder an den Zylinder abhängig. Weiterhin sind abrollende Dichtungen in der Form von Rollmembranen bekannt, bei denen eine zylinder- oder kegelstumpf förmige elastische Membran, die am Zylinder und am Kolben befestigt ist, über den Kolben abrollt und damit den Spalt zwischen Kolben und Zylinder abdichtet.

TTJT" '

Da bei Gleitdichtungen zur Abdichtung eine hohe Anpreßkraft der Dichtung an die Wandung erforderlich ist, entsteht ein verhältnismäßig hoher Reibungswiderstand, wodurch der Verschleiß dieser Art von Dichtungen erhöht wird. Außerdem sind derartige Dichtungen empfindlich gegenüber Verunreinigungen, da diese aufgrund des hohen Anpreßdruckes die Dichtungen oder den Kolben zerstören können. Die Rollmembrandichtungen sind sehr aufwendig in ihrer Herstellung und sind schwierig zu montieren und auszuwechseln, außerdem gestatten sie nur einen sehr begrenzten Kolbenhub, da sie sowohl am Kolben als auch am Zylinder befestigt sein müssen. Weiterhin sind sie sehr empfindlich gegen eine Umkehr der Druckbeaufschlagung.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Dichtung zum sicheren Abdichten eines Kolbens gegen einen Zylinder zu schaffen, die einfach herzustellen und zu montieren ist und durch die die Reibung und die Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen vermindert wird, wobei gleichzeitig der Hub des Kolbens beliebig eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Dadurch, daß ein torusförmiger elastischer Ring als Dichtung zwischen Kolben und Zylinder abrollt, wird die auftretende Reibung verringert. Der für die Dichtung erforderliche Anpreßdruck wird durch äie Verformung des elastischen Ringes erreicht.

TT]T

"3TZbTTa

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung möglich. Dadurch, daß der elastische Ring hohl ausgebildet sein kann und mit Druck beaufschlagbar ist, kann der Anpreßdruck in beliebiger Weise eingestellt werden, wobei er jeweils so gewählt wird, daß er immer größer als der Arbeitsdruck im Zylinder ist. Durch Vorsehen von rillenförmigen Ausnehmungen radial auf den Umfangen des Kolbens und des Zylinders, mit denen auf dem elastischen Ring angeordnete Erhebungen in Eingriff kommen, wird eine Verschiebung der Dichtung auf dem Kolben verringert. Um die Dichtwirkung zu erhöhen, können mehrere elastische torusförmige Ringe hintereinander zwischen Kolben und Zylinder angeordnet sein, wobei zur besseren Geradführung der Rollbewegung Zwischenringe zwischen den jeweiligen elastischen Ringen vorgesehen sein können. Auch kann die Geradführung durch ein als Ring ausgebildetes festes Element im Innern der Dichtung erreicht werden, wobei der elastische Ring um das feste Element abrollt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen zusammenfassend insbesondere darin, daß statt einer gleitenden Dichtung eine rollende Dichtung erreicht wird, und zwar ohne die Hubbegrenzung und die konstruktiven Nachteile der Rollmembran. Da die Dichtung als einfaches und robustes Bauelement ausgebildet ist, wird eine gute Abdichtung bei geringem Reibungswiderstand auch in schmiermittelfreiem Betrieb erreicht. Dadurch kann die erfindungsgemäße Dichtung zum Beispiel auch in der Lebensmittel- und chemischen Industrie verwendet werden, wobei durch die relative Unempfindlichkeit

ΓΓΤΤJJZoI/

gegen Verunreinigungen auch Anwendungsgebiete in stark verschmutzter Umgebung möglich sind.

Durch die besondere Ausbildung der erfindungsgemäßen Dichtung und durch die Anpassung ihres Anpreßdruckes an die jeweilige Ausführungsform des Kolbenzylinders und deren Zweckbestimmungen sind die Ansprüche an die Toleranzen bezüglich Kolben-Dichtung-Zylinder geringer, so daß für Kolben und Zylinder auch Kunststoffe verwendet werden können, die kostengünstigere und einfachere Herstellungsverfahren mit sich bringen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kolben und einen Zylinder mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Kolben und einen Zylinder mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtung;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Kolben und einen Zylinder mit einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtung;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Kolben und einen Zylinder mit einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtung;

	S\ S\ r\ P^ Λ f""7 /"\ ι ö Jo Z.0 I / y
1 5	Fig. 5 einen Schnitt durch einen Kolben und einen Zylinder mit einem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtung; und
10	Fig. 6 einen Schnitt durch einen Kolben und einen Zylinder mit einem sechsten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtung.
15
20
25
30
35

In Fig. 1 ist der den Kolben 2 aufnehmende Zylinder mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Der Kolben wird durch nicht dargestellte Mittel in Richtung des Pfeils 20 bewegt. In dem Zylinderraum 21 befindet sich ein unter Druck stehendes Medium, das nicht in den Zylinderraum 22 gelangen soll. Zur Verhinderung des Medienaustausches zwischen den Räumen 21 und 22 ist eine Dichtung 4 vorgesehen, die zwischen Zylinder 1 und Kolben 2 angeordnet ist. Diese Dichtung 4 ist als torusförmiger elastischer Ring ausgebildet, der unter Druck zwischen Kolben 2 und Zylinder 1 eingesetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der elastische Ring aus einem elastischen Vollmaterial, zum Beispiel Gummi. Bei einer Bewegung des Kolbens in Richtung 20 rollt die Dichtung 4 sowohl auf der Wandung des Zylinders 1 als auch auf dem äußeren Umfang des Kolbens 2 ab, wobei sich jeweils das Ringinnere nach außen stülpt und umgekehrt. Auf diese Weise rollt die Dichtung unter Verformung des elastischen Ringes ab.

Der Kolben 2 ist an seinen oberen und unteren Enden mit Anschlagkanten 3 versehen, die ein Herunterrutschen der Dichtung 4 von dem Kolben 2 verhindern. In Fig. 2 ist die Dichtung als hohler torusförmiger Ring ausgebildet, wobei das Innere 5 der Dichtung 4 mit Druck beaufschlagt ist. Diese Druckbeaufschlagung kann mittels eines Gases oder einer Flüssigkeit erfolgen, die in das Innere 5 eingelassen wird. Durch diese Druckbeaufschlagung vom Inneren der Dichtung her wird der notwendige Anpreßdruck zwischen Kolben 2 und Zylinder 1 erreicht. Die Einbringung des Gases oder der Flüssigkeit in das Innere der Dichtung 5 erfolgt bei der Fertigung der Dichtung, wobei dann auch der gewünschte Druck festgelegt wird.

9 r ι 7 Q

In einem etwas aufwendigeren Ausführungsbeispiel kann die Dichtung 4 aber auch mit einem Ventil 6 versehen sein, über das der notwendige Druck auch später nach der Fertigung eingestellt werden kann. Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels entspricht der des Ausführungsbeispiels nach Fig.

In Fig. 3 ist die Wandung des Zylinders radial umlaufend mit rillenförmigen Ausnehmungen 7 versehen, die in gleicher Weise auf dem äußeren Umfang des Kolbens 2 angeordnet sind. Auf dem inneren und äußeren Umfang der torusförmigen Dichtung 4 sind Erhebungen 13 mit einer den rillenförmigen Ausnehmungen 7 entsprechenden Form angebracht, die in die rillenförmigen Ausnehmungen

" 7 eingreifen. Durch diese Maßnahmen wird ein Formschluß zwischen Dichtung 4, Kolben 2 und Zylinder 1 hergestellt, so daß die Dichtung 4 beim Abrollen geführt wird und eine ungewollte Verschiebung der Dichtung 4 durch einen hohen Druck verhindert wird. Zur Zentrierung des Kolbens weist dieser auf seinem äußeren Umfang Führungselemente 8 auf, durch die der Kolben 2 zentrisch im Zylinder 1 geführt wird.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere ringförmige Dichtungen aus Vollmaterial entsprechend Fig. 1 hintereinander angeordnet sind, wobei zwischen den einzelnen Dichtungen 4 schematisch Distanzringe 9 angeordnet sind, die die Dichtungen 4 voneinander trennen, damit diese sich beim Abrollen nicht gegenseitig behindern.

In Fig. 5 ist die Dichtung 4 mit Befestigungsstellen 10 versehen, die sowohl mit dem Zylinder als auch mit dem Kolben 2 in formschlüssiger Verbindung

3 3 2 b Ί 7

stehen. Dadurch kann der Hub des Kolbens 2, falls gewünscht, begrenzt werden.

In Fig. 6 ist die Dichtung 4 entsprechend Fig. 2 hohl ausgebildet, in diesem Ausführungsbeispiel ist aber, um ein unregelmäßiges Abrollen der Dichtung zu verhindern, ein Führungsring 11 im Inneren der Dichtung 4 angeordnet, um den herum die elastische Dichtung 4 bei Bewegung des Kolbens 2 geführt abrollt. Dabei kann das Innere der Dichtung 4 zu Verbesserung der Gleiteigenschaften mit einem Gleitmittel gefüllt sein.

In den vorliegenden Ausführungsbeispielen wurde von einem Zylinder 1 gesprochen, wobei dieser Zylinder 1 nicht notwendig ein Kreiszylinder sein muß. Er kann ebenso wie der Kolben 2 einen Querschnitt aufweisen, der dreieck- oder mehreckförmig mit abgerundeten Ecken ausgebildet ist.

Der Kolben 2 und der Zylinder 1 können sowohl aus Metall als auch vorzugsweise aus Kunststoff bestehen und für die Dichtung 4 kann ein

Kautschuk oder Polyurethan verwendet werden. Durch die Ausbildung des Kolbens 2 und des Zylinders 1 auch als Kunststoff ist die Anordnung Kolben-Dichtung-Zylinder für sehr viele Anwendungszwecke geeignet. So kann die erfindungsgemäße Anordnung auch als Kolbenantrieb für künstliche Herzen dienen, wobei die Verwendung der erfindungsgemäßen Dichtung mit ihren rollenden Eigenschaften die notwendige Antriebsenergie verringert.

In den vorliegenden Ausführungsbeispielen wurde die Dichtung als Dichtelement zwischen Kolben und Zylinder beschrieben, es ist aber auch denkbar, daß die erfindungsgeraäße Dichtung bei der Montage von Rohrleitungen, insbesondere von Rohrleitungen mit notwendiger axialer Verschiebung, angewendet werden kann, wie etwa bei Fernwärmerohren oder bei der Rohrpost.

A3
- Leerseite -

Claims

© 3325179 ι
Λ 1 Patentansprüche Dichtung zum Abdichten eines pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Kolbens, der in einem Zylinder geführt ist, dadurch 5 gekennzeichnet , daß sie als auf dem Kolben (2) und dem Zylinder 2. (1) abrollender torusförmiger elastischer Ring (4) ausgebildet ist. 10 Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn 3. zeichnet, daß der torusförmige Ring (4) aus elastischem Vollmaterial besteht. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn 15 zeichnet, daß der torusförmige elastische 4. Ring (4) innen hohl und mit einem Druck beaufschlagbar ist. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn 20 5. zeichnet, daß der elastische Ring ein Ventil (6) aufweist. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Kolben 25 (2) als auch der Zylinder (1) auf ihren Umfangen radial angeordnete rillenförmige Ausnehmungen (7) aufweisen und daß der torus förmige Ring (4) auf seinem inneren und äußeren Umfang mit Erhebungen (13) versehen ist,die 30 mit den rillenförmigen Ausnehmungen (7) in Eingriff stehen und jeweils einen Formschluß bilden. 35

2~[ 3 3 ^ b 1

6. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) Führungselemente (8) zur Zentrierung des Kolbens (2) im Zylinder (1) aufweist.

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kolben (2) und Zylinder (1) mehrere elastische Ringe (4) angeordnet sind, zwischen denen Distanzringe (9) vorgesehen sind. 10

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hubbegrenzung des Kolbens (2) der elastische torusförmige Ring am Kolben (2) und/oder am Zylinder (1) befestigt ist.

9. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische torusförmige Ring (4) in seinem Inneren einen Führungsring (11) zur Erzielung eines regelmäßigen Abrollens aufweist.

10. Dichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (4) in seinem Inneren mit einem Gleitmittel gefüllt ist.

11. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie für einen Kolbenantrieb im Bereich der medizinischen Technik verwendet wird.

12. Dichtung nach, einem der Ansprüche 1 bis 10,

daß sie in axial verschiebbaren Rohrverbindungen verwendet wird.