DE3327624A1 - Radialdichtring - Google Patents

Description

• Radialdichtring
• Die Erfindung betrifft einen Radialdichtring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• In der Praxis ist es bekannt, daß für die Trennung von Medien mit oder ohne Druckdifferenzen an vorwiegend ruhenden oder nur geringen Hubgeschwindigkeiten unterworfenen Kolben 0-Ringe verwendet werden. Ihre Dichtwirkung beruht auf Materialverpressung. Das entstehende Profil kann keine Schmiertaschen ausbilden und baut insbesondere bei hohen Betriebstemperatoren und Hubzahlen den Schmierfilm relativ schnell ab. Der dadurch entstehende iischreibungszustand verändert sich bis hin zur Festkörperreibung, was letztendlich einen hohen Reibungskoeffizienten mit großer Losbrechkraft bzw. Haftreibung nach einer Hubunterbrechung und starkem Verschweiß mit nachfolgender Undichtheit zur Folge hat. Angestrebte gleichförmige Bewegungen bei geringen Druckdifferenzen und langsamen Hubgeschwindigkeiten mit geringem Kraftaufwand sind dadurch verhindert. Der diese Zustände charakterisierende Stick-Slip-Effekt macht sich im konkreten Anwendungsfall dadurch bemerkbar, daß mit Dichtringen ausgestattete Kolben, deren Dichtwirkung auf Materialverpressung beruht, in Ventilen, Meß-oder Anzeigegeräten und auch Zylindern etc. den Erfordernissen durch zu hohen Kraftbedarf und eine breite Hysterese nicht gewachsen sind.
• Bs ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Dichtung so weiterzubilden, daß bei gleichem Platzbedarf das Dichtvermögen gesteigert wird, Losbrechkraft und Raftreibung vermindert werden und somit gleichförmige Hubbewegungen bei geringen Druckdifferenzen und kleine Hubgeschwindigkeiten ohne den nachteiligen Stick-Slip-Effekt möglich sind.
• Die Lösung der Aufgabe ist aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ersichtlich Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den AnsprEchen 2 bis 7 zu entnehmen.
• Durch die Gestaltung eines Dichtringes mit zwei statisch belasteten Sitzlippenprofilen und einem oder mehreren Dichtlippenprofilen, welche bei Vertikalprojektion syymetrisch zwischen den Sitzlippen liegen, wird die zur Dichtwirkung nötige Anpreßkraft fUr jede einzelne Dichtlippe durch eine Federwirkung erzeugt, die vergleichbar mit einem Hebelarm ist, dessen Länge von dem Wirkabstand zwischen Dichtlippenkante und Sitzlippenkante bestimmt wird. Zur Erhöhung der Dichtfähigkeit trägt die Anordnung mehrerer Dichtlippen und deren gleichförmige kontrollierbare Anpressung bei, die zudem vorteilhaft ein V-förmiges Schmierstoffreservoir durch die innenliegenden Dichtlippenflanken am mehrlippigen Dichtprofil ausbilden.
• Das Dichtlippenprofil ist im wesentlichen V-förmig und vermeidet mit seinen vertikal stehenden und verrundeten Dichtlippenkanten ein Festsaugen und ein Selbstverstärken der Dichtlippen unter Druck und gewährleistet dadurch zusammen mit dem Fettreservoir die Ausbildung eines gleichmäßigen Schmierfilmes, welcher die nachteilige Festkörperreibung unterbindet und eine Verringerung der Haftkraft bei intermittierendem Betrieb, niederen Betriebsdrücken und geringen Hubgeschwindigkeiten ergibt. Darch die erreichte Verkleinerung des Haftreibungskoeffizienten, der nur wesentlich höher als der des ebenfalls verbesserten Gleitreibungskoeffizient liegt, wird der störende, eine größere Riickstellkraft beanspruchende Stick-Slip-Effekt unterbunden. Die Ausbildung des Dichtringes ist auch für andere vergleichbare Aufgabenstellungen verwendbar. Er eignet sich vorteilhaft zum Einsatz in der Pneumatik, vom Grobaakuumbereich bis in den tberdruckbereich und kann sowohl als Kolben als auch als Stangendichtung ausgeführt und angewendet werden.
• Die Erfindung soll an einigen Ansführungsbeispielen näher beschrieben werden.
• Es zeigt: Fig. 1: Das Profil des einlippigen Radialdichtringes im unmontierten Zustand.
• Fig. 2: Eine Variante des einlippigen Radialdichtringes mit planparallelen AuBenseiten.
• Fig. 3: Einen mehrlippigen Radialdichtring im nicht eingebauten Zustand.
• Fig. 4: Eine Variante des mehrlippigen Radialdichtringes mit an den Außenseiten angeordneten Rillen.
• Fig. 5: Das Kraft-Weg-Diagramm des Dichtringes von Fig. 3 im Vergleich zu herkömmlichen Dichtelementen.
• Fig. 1 zeigt den mit einer Dichtlippe 2 versehenen Radialdichtring 1 der im Profil im wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Dreieckes aufweist. Die Dichtkanten an den Sitzlippen 3 und an der Dichtlippe 2 sind als Radien 4 bzw. achsparallele Dichtfläche 4' ausgebildet. Zwischen den am Nutgrund sitzenden Sitzlippen 3 liegt der auch nach dem Montieren verbleibende Freiraum 5 der verschiedene geometrische Formen, wie die eines Kreissegmentes 6 oder Trapezquerschnittes 7 oder eines Dreiecks 8 aufweist und das zur dosierbaren Vorspannung vorteilhafte Einfedern der Dichtlippe 2 ermöglicht.
• Fig. 2 zeigt eine Variante von Fig. 1. Die Innenfianken 10, 10' der Sitzlippen 3, 3' bilden ein Trapez, wahrend deren Außenflanken 9, 9' vertikal zum Nutgrund stehen und zueinander liegen. Dadurch wird eine Führung in der Kolbennut erreicht, wodurch die Vorspannkraft am Kolbennutgrund verringert und damit eine labilere Dichtlippenanlage mit weicher Kennung und geringem Verschleiß erreicht wird.
• In Fig. 3 wird das Mehrlippendichtprofil des erfindungsgemäßen Radialdichtringes 1 dargestellt. Es besteht aus den parallel verlaufenden Seitenfl§-chen 9, 92, die zum Dichtringinnendurchmesser hin in zwei gegeneinander geneigte Innenflanken 10, 10', zusammenlaufen. Die beiden Innenflanken 10, 10' bilden zusammen mit den Seitenflächen 9, 9' die beiden Sitzlippen 3, 389 welche am nutgrund im montierten Zustand zur Auflage kommen. Die am Ringaußendurchmesser liegenden Dichtlippen 2, 2' werden im wesentlichen als von den Innenflanken 10, 10' zum Außenumfanghin parallel verschobene Flächen, den Außenflanken 11, 11' gebildet. Die von den Innenflanken 12, 128 geformte, mittig umlaufende V-förmigen Rille 13 dient als Schmierstoffreservoir. Pur beide Dichtlippen 2, 2' ergibt sich dadurch ein im Teilquerschnitt N-förmiges Profil. Die Dichtlippen 2, 2' und Sitzlippen 3, 3' weisen eine Dichtkante auf, die vorzugsweise als Radius 4, aber auch als wandungsparallele Dichtfläche 4' ausgeführt werden kann. Die Konstruktion erlaubt durch eine einfache Änderung eine optimale Anpassung an die jeweiligen Betriebsvoraussetzungen. Die Kennung der Dichtung bei gleichen Au-Benabmessungen ist stufbar durch ändern des Wirkabstandes 14 zwischen den Dichtkanten und Sitzkanten. Weitere Veränderliche sind das Sitzlippenpro- fil 3, 3', das je nach Ausbildung des Kegelwinkels härter oder weicher wird, sowie die Länge des Mittelsteges 15, der die zweilippige Dichtung halbiert und verbindet.
• Die genannten Schritte ermöglichen durch die differenzierte Radialkraftbildung mit zusätzlicher Variation der Dichtkantenrundung eine für die Schmierfilmausbildung optimale Auslegung der radialen Linienpressung, was die Haftreibungskraft - auch Losbrechkraft - so verringert, daß bei kleinen Hubgeschwindigkeiten der Mischreibungsbereich so weit herabgesetzt wird, daß der kraftzehrende Stick-Slip-Effekt vermieden wird. Die Forderung nach erhöhter Dichtheit wird durch die beiden Dichtlippen erreicht.
• Fig. 4 zeigt eine Variante des Dichtringprofiles von Fig. 3. Hier sind an beiden parallelen Seitenflächen 9, 9' im Bereich der Sitzlippen 3, 3' radial am Umfang verlaufende Rillen ausgespart, die den Profilquerschnitt der Sitzlippen 3, 3' verringern und eine weitere Möglichkeit zur Abstufung der radialen Anpreßkraft bei gleichem Einbauraum ermöglicht.
• Fig. 5 zeigt im Diagramm den Verlauf der Schiebekraft des Kolbens über den Weg bei gleichen Kolbengeschwindigkeiten, wobei die gestrichelte Linie den Verlauf der herkömmlichen Dichtungsart charakterisiert und die Vollinie den Verlauf des erfindungsgemäßen Radialdichtringes 1 für Fig.
• 3 darstellt. Die herkömmliche Dichtung weist ein breites Hystereseband auf, deren durchschnittlicher Kraftbetrag annährend der Schiebekraft des Radialdichtringes 1 entspricht, während der Radialdichtring nach der Erfindung keinen Stick-Slip-Effekt aufweist. Durch die Erfindung konnte eine Reduzierung der Kraft um mehr als 100 % erzielt werden.

Claims (1)

1. Schutzansprüche $ Radialdichtring zur Trennung von medienführenden und gegeneinander abzudichtenden unter Vakuum, Atmosphäre oder Überdruck stehenden Räumen, der am Sitzdurchmesser zwei und am Dichtdurchmesser mindestens ein radial gerichtetes Dichtprofil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die am Dichtdurchmesser angeordnete Dichtlippe bzw.

   die Dichtlippen (2,29 in radialer Projektion symmetrisch in der Profilquerschnittsebene zwischen den beiden Sitzlippen (353') liegen und in den von den Innenflanken (10,10') der Sitzlippen (3,3') begrenzten und in montierter Stellung bestehenden Freiraum (5) einfederaO 2. Radialdichtring zur Trennung von medienführenden und gegeneinander abzudichtenden unter Vakuum, Atmosphäre oder Überdruck stehenden Räumen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialdichtring (1) eine Dichtlippe (2) besitzt, welche im Teilquerschnitt die Kontur eines kopfstehenden V-Profiles aufweist.

   3. Radialdichtring zur Trennung von medienführenden und gegeneinander abzudichtenden unter Vakuum, Atmosphäre oder Überdruck stehenden Räumen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialdichtring (1) mehrere Dichtlippen (2,2') besitzt.

   4 Fadialdicbtring zur Trennung von medienführenden und gegeneinander abzudichtenden unter Vakuum, Atmosphäre oder Überdruck stehenden Raen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sitzlippen (3,3') des Radialdichtringes (1) mit ihren Innenflanken (10,10') die symmetrische Kontur des Freiraumes (5) einschließen, welcher im Teilquerschnitt die Form eines Kreissegmentes (6), eines Trapezes (7), eines Dreieckes (8) oder ein aus vorstehenden Figuren zusammengesetztes Profil des Freiraumes (5) bilden.

   5. Radialdichtring zur Trennung von medienführenden und gegeneinander abzudichtenden unter Vakuum, Atmosphäre oder Überdruck stehenden Räumen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenseiten (9,9') der Sitzlippen (3,3') mit radial mnlanfenden Profilrillen (16) versehen sind.

   6. Radialdichtring zur Trennung von medienführenden und gegeneinander abzudichtenden unter Vaknum, Atmosphäre oder Überdruck stehenden Bäumen nach Anspruch 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtprofil (4,4') der Dichtlippen (2,2') und Sitzlippen (3,3') kantig oder rund ausgeführt ist.

   7. Radialdichtring zur Trennung von medienfuhrenden und gegeneinander abzudichtenden unter Vakuum, Atmosphäre oder Überdruck stehenden Bäumen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialdichtring (1) als Kolbendichtung oder als Stangendichtung ausgeführt ist.