DE3327624A1

DE3327624A1 - Radial sealing ring

Info

Publication number: DE3327624A1
Application number: DE19833327624
Authority: DE
Inventors: Günther 8728 Haßfurt Klausberger; Karl 8603 Ebern Peuker
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA; Kugelfischer Georg Schaefer and Co
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1983-07-30
Filing date: 1983-07-30
Publication date: 1985-02-14

Abstract

The invention relates to a radial sealing ring for separating media-carrying spaces to be sealed off relative to one another and subject to a vacuum, atmospheric pressure or excess pressure. To increase the sealing capacity for the same space requirement, reduce the breakaway force and stiction and thus make possible uniform stroke movements at low pressure differences and low stroke speeds without a disadvantageous stick-slip effect, the sealing lip or sealing lips (2, 2') arranged on the sealing diameter is/are, in radial projection, arranged symmetrically in the cross-sectional plane of the profile between the two seat lips (3, 3'). <IMAGE>

Description

RadialdichtringRadial sealing ring

Die Erfindung betrifft einen Radialdichtring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a radial sealing ring according to the preamble of claim 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.In practice it is known that for the separation of media with or without pressure differences at predominantly static or only low lifting speeds subject piston O-rings are used. Their sealing effect is based on material compression. The resulting profile cannot form any lubrication pockets and is particularly building at high operating temperatures and strokes, the lubricating film is removed relatively quickly. The resulting state of writing changes up to solid body friction, which ultimately results in a high coefficient of friction with a large breakout force or Static friction after a stroke interruption and heavy welding with the following Results in leakage. Desired uniform movements with low pressure differences and slow lifting speeds with little effort are thus prevented. The stick-slip effect that characterizes these states becomes apparent in concrete terms Application noticeable in that pistons equipped with sealing rings, whose Sealing effect is based on material compression, in valves, measuring or display devices and also cylinders etc. the requirements due to excessive power requirements and a wide Hysteresis have not grown.

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.It is therefore the object of the invention to develop a seal in such a way that that with the same space requirement, the sealing capacity is increased, breakaway force and Raft friction can be reduced and thus uniform lifting movements with low Pressure differences and low lifting speeds without the disadvantageous stick-slip effect possible are.

Die Lösung der Aufgabe ist aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ersichtlich Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den AnsprEchen 2 bis 7 zu entnehmen.The solution to the problem is from the characterizing part of the claim 1 can be seen. Advantageous embodiments can be found in claims 2 to 7.

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.By designing a sealing ring with two statically loaded Seat lip profiles and one or more sealing lip profiles, which in vertical projection lie symmetrically between the seat lips, the contact pressure required for the sealing effect is applied for every single sealing lip creates a spring action that is comparable to a lever arm, the length of which depends on the effective distance between the edge of the sealing lip and seat lip edge is determined. The arrangement contributes to increasing the sealability several sealing lips and their uniform, controllable contact pressure also advantageous a V-shaped lubricant reservoir through the interior Form sealing lip flanks on the multi-lip sealing profile.

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.The sealing lip profile is essentially V-shaped and avoids with its vertically standing and rounded sealing lip edges a fixed suction and a Self-reinforcing the sealing lips under pressure and thereby ensures together with the grease reservoir, the formation of a uniform lubricating film, which the disadvantageous solid friction prevents and a reduction in the adhesive force with intermittent operation, low operating pressures and low lifting speeds results. Darch the achieved reduction in the coefficient of static friction, which is only is significantly higher than the coefficient of sliding friction, which is also improved, becomes the annoying stick-slip effect that requires a greater amount of restoring force prevented. The formation of the sealing ring is also suitable for other comparable tasks usable. It is particularly suitable for use in pneumatics, from the rough vacuum range up to the overpressure range and can be used as a piston or as a rod seal executed and applied.

Die Erfindung soll an einigen Ansführungsbeispielen näher beschrieben werden.The invention is to be described in more detail using a few examples will.

Es zeigt: Fig. 1: Das Profil des einlippigen Radialdichtringes im unmontierten Zustand.It shows: Fig. 1: The profile of the single-lip radial sealing ring in unassembled condition.

Fig. 2: Eine Variante des einlippigen Radialdichtringes mit planparallelen AuBenseiten.Fig. 2: A variant of the single-lip radial sealing ring with plane-parallel Outsides.

Fig. 3: Einen mehrlippigen Radialdichtring im nicht eingebauten Zustand.Fig. 3: A multi-lip radial sealing ring in the not installed state.

Fig. 4: Eine Variante des mehrlippigen Radialdichtringes mit an den Außenseiten angeordneten Rillen.Fig. 4: A variant of the multi-lip radial sealing ring with the Grooves arranged on the outside.

Fig. 5: Das Kraft-Weg-Diagramm des Dichtringes von Fig. 3 im Vergleich zu herkömmlichen Dichtelementen.FIG. 5: The force-displacement diagram of the sealing ring from FIG. 3 in comparison to conventional sealing elements.

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.1 shows the radial sealing ring provided with a sealing lip 2 1 which essentially has the shape of an isosceles triangle in profile. The sealing edges on the seat lips 3 and on the sealing lip 2 are designed as radii 4 or axially parallel sealing surface 4 'formed. Between the seat lips at the bottom of the groove 3, the free space 5 remaining even after assembly is the different geometric space Shapes like that of a segment of a circle 6 or a trapezoidal cross-section 7 or a triangle 8 and the compression of the sealing lip, which is advantageous for the adjustable bias 2 allows.

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.Fig. 2 shows a variant of Fig. 1. The inner fins 10, 10 'of the Seat lips 3, 3 'form a trapezoid, while their outer flanks 9, 9' are vertical to the Stand groove base and lie to each other. This creates a guide in the piston groove achieved, which reduces the preload force at the bottom of the piston groove and thus a More unstable sealing lip system with soft identification and low wear achieved will.

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.In Fig. 3, the multi-lip sealing profile of the radial sealing ring according to the invention 1 shown. It consists of the parallel side surfaces 9, 92, the towards the inner diameter of the sealing ring in two mutually inclined inner flanks 10, 10 ', converge. The two inner flanks 10, 10 'form together with the side surfaces 9, 9 'the two seat lips 3, 389 which on the groove base in the assembled state for Edition come. The sealing lips 2, 2 'located on the outer diameter of the ring are in the essentially as displaced parallel to the outer circumference from the inner flanks 10, 10 ' Surfaces, the outer flanks 11, 11 'formed. The formed by the inner flanks 12, 128, centrally circumferential V-shaped groove 13 serves as a lubricant reservoir. Pure both Sealing lips 2, 2 'result in a partial cross-section N-shaped profile. The sealing lips 2, 2 'and seat lips 3, 3' have a sealing edge, which is preferably can be designed as a radius 4, but also as a wall-parallel sealing surface 4 '. The construction allows an optimal adaptation to by a simple change the respective operating requirements. The identifier of the seal with the same Au-Ben dimensions is gradable by changing the effective distance 14 between the sealing edges and seat edges. Other variables are the seat lip pro- fil 3, 3 'that ever after the cone angle is formed, it becomes harder or softer, as well as the length of the central web 15, which bisects and connects the two-lip seal.

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.The steps mentioned enable the differentiated radial force generation with an additional variation of the sealing edge rounding one for the formation of the lubricating film optimal design of the radial line pressure, what the static friction force - also Breakaway force - so reduced that the mixed friction area at low lifting speeds is reduced so far that the exhausting stick-slip effect is avoided. The requirement for increased tightness is achieved by the two sealing lips.

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. 4 shows a variant of the sealing ring profile of Fig. 3. Here are radial on both parallel side surfaces 9, 9 'in the area of the seat lips 3, 3' Grooves running around the circumference are cut out, which form the profile cross-section of the seat lips 3, 3 'and a further possibility to graduate the radial contact pressure made possible with the same installation space.

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.Fig. 5 shows a diagram of the progression of the pushing force of the piston over the path at the same piston speeds, the dashed line characterizes the course of the conventional type of seal and the solid lines Course of the radial sealing ring 1 according to the invention for 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.3 represents. The conventional seal has a wide hysteresis band whose average amount of force approximates the pushing force of the radial sealing ring 1 corresponds, while the radial sealing ring according to the invention does not have a stick-slip effect having. The invention made it possible to reduce the force by more than 100 % be achieved.

Claims

Protection claims $ Radial sealing ring for separating media-carrying and to be sealed against each other under vacuum, atmosphere or overpressure Clearance, two on the seat diameter and at least one radial on the sealing diameter has directed sealing profile, characterized in that the on the sealing diameter arranged sealing lip or

the sealing lips (2.29 in radial projection symmetrically in the profile cross-sectional plane lie between the two seat lips (353 ') and in the from the inner flanks (10,10') the seat lips (3, 3 ') are limited free space in the assembled position (5) einfederaO 2. Radial sealing ring for separating media-carrying and against each other Spaces to be sealed under vacuum, atmosphere or overpressure according to claim 1, characterized in that the radial sealing ring (1) has a sealing lip (2), which has the contour of an inverted V-profile in partial cross-section.

3. Radial sealing ring to separate media-carrying and against each other Spaces to be sealed under vacuum, atmosphere or overpressure according to claim 1, characterized in that the radial sealing ring (1) has several sealing lips (2, 2 ') owns.

4 Fadialdicbtring to separate media-carrying and against each other Raen to be sealed under vacuum, atmosphere or overpressure according to claim 1, characterized in that the two seat lips (3, 3 ') of the radial sealing ring (1) with their inner flanks (10, 10 ') enclose the symmetrical contour of the free space (5), which, in partial cross-section, has the shape of a segment of a circle (6), a trapezoid (7), a triangle (8) or a composite profile of the preceding figures Form free space (5).

5. Radial sealing ring for separating media-carrying and against each other Spaces to be sealed under vacuum, atmosphere or overpressure according to claim 4, characterized in that the two outer sides (9,9 ') of the seat lips (3,3') are provided with radially mnlanfenden profile grooves (16).

6. Radial sealing ring for separating media-carrying and against each other Trees to be sealed under vacuum, atmosphere or overpressure according to claim 2, 3 and 4, characterized in that the sealing profile (4,4 ') of the sealing lips (2,2') and seat lips (3, 3 ') are angular or round.

7. Radial sealing ring for separating media-carrying and against each other Trees to be sealed under vacuum, atmosphere or overpressure according to claim 1, characterized in that the radial sealing ring (1) as a piston seal or as Rod seal is executed.