DE3742676C1 - Method for sealing of a piston relative to a cylinder surface and high-pressure gasket for carrying out this method - Google Patents

Method for sealing of a piston relative to a cylinder surface and high-pressure gasket for carrying out this method

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DE3742676C1
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Klaus-Dieter Dipl-Ing Bock
Reinhold Dr-Ing Jonas
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Abstract

Method and high-pressure gasket for sealing off a piston relative to a cylinder surface, the diameter of which changes under pressure alternation between a lowest and a highest value, by means of a gasket which contains a ring part made of elastically and plastically deformable material. The sealing ring follows the change in diameter of the cylinder surface as a result of essentially elastic deformation which comprises axial compression under the pressure difference to be sealed off and corresponding radial expansion (and vice versa). The mounting diameter, with which the ring part is installed, corresponds to the smallest diameter of the cylinder surface. After installation, the ring part is brought, by plastic deformation under the action of the pressure to be sealed off, into a new elastically relaxed initial state, in which its sealing diameter is larger than the smallest diameter of the cylinder surface. Both the largest and the smallest sealing diameter can be obtained from this new initial state as a result of elastic radial expansion and compression respectively. For carrying out this method, use is made of a ring part which, under operating conditions, can be deformed plastically by the pressure difference to be sealed off from the mounting diameter to a new initial diameter which is larger than the smallest diameter of the cylinder surface and the elastic deformability of which [lacuna] at least approximately to half its [lacuna] from the smallest to the largest diameter [lacuna] ... Original abstract incomplete.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten eines Kolbens gegenüber einer Zylinderfläche, deren Durchmesser sich unter Druckwechsel zwischen einem kleinsten und einem größten Wert ändert, mittels einer Dichtung, die einen Ringteil aus elastisch und plastisch verformbarem Werkstoff enthält, der durch im wesentlichen elastische Verformung, die eine axiale Kompression unter der abzudichtenden Druckdifferenz und eine entsprechende radiale Expansion (und umgekehrt) umfaßt, der Durchmesseränderung der Zylinderfläche folgt und der mit einem dem kleinsten Durchmesser der Zylinderfläche entsprechenden Montagedurchmesser eingebaut wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Hochdruckdichtung zur Ausübung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for sealing a Piston opposite a cylinder surface, the diameter of which under pressure changes between a smallest and a largest Value changes by means of a seal that is made up of a ring part contains elastically and plastically deformable material that by essentially elastic deformation, which is an axial Compression under the pressure difference to be sealed and a corresponding radial expansion (and vice versa), the Diameter change of the cylinder surface follows and that with a corresponding to the smallest diameter of the cylinder surface Mounting diameter is installed. The invention relates also a high pressure seal to carry out this procedure.

Eine bekannte Kolbendichtung dieser Art (DE-PS 34 05 351) setzt sich zusammen aus einem Führungsring aus gefülltem PTFE, der an der niederdruckseitigen Stirnfläche einer die Dichtung aufnehmenden Ringnut des Kolbens anliegt und einer hochdruck­ seitig angeordneten Manschettendichtung. In den Führungsring ist an dessen niederdruckseitigem Ende ein elastischer Stütz­ ring eingelassen, der den Ringspalt zwischen der Kolbenober­ fläche und der Zylinderfläche überbrückt, um die Extrusion des Führungsring-Materials zu vermeiden. Bei geeigneter Werkstoff­ wahl kann die Einwirkung von Hochdruck dazu führen, daß der Führungsring mit dem Stützring geringfügig konzentrisch radial gegen die damit zusammenwirkende Zylinderfläche verformt wird, so daß der Ringspalt praktisch verschwindet. Die Einwirkung des sogenannten Atmens des Zylinders, das heißt seiner Durch­ messeränderung unter wechselndem, abzudichtendem Druck, wird in diesem Zusammenhang nicht erwogen. Jedoch ist es bekannt, daß auch Dichtungsringe aus PTFE dieser Dehnbewegung folgen können, wenn sie sehr gering ist. Wenn aber unter der Einwir­ kung höchster Drücke, die über 10 kbar hinausgehen, die Durch­ messeränderung des Zylinders bei jedem Hub sich auf mehrere Zehntel Millimeter beläuft, werden PTFE-Werkstoffe, die prak­ tisch keine Elastizität aufweisen, infolge der ständigen wechselnden plastischen Verformung in Verbindung mit hoher Reibbeanspruchung sehr rasch zerstört. Ebenso wenig hielten Werkstoffe stand, deren elastische Verformbarkeit so groß ist, daß sie der Verformung zwischen dem kleinsten und größten Durchmesser der Zylinderfläche durch elastische axiale Kom­ pression und radiale Expansion (und umgekehrt) nachgeben können, weil sie in bezug auf die enorme Reibbeanspruchung keine hinreichende Härte und Gleifähigkeit aufweisen. Nut­ ringe aus hartem und elastischem Material mit guten Gleit­ eigenschaften, wie Polyamidimid wurden gleichfalls rasch zerstört, weil ihre Elastizität nicht hinreicht, um die Ring­ basis unter axialer Kompression und radialer Expansion der Verformung des Zylinders folgen zu lassen, und demzufolge die an die Zylinderfläche gepreßte Lippe vom Basisteil abriß.A known piston seal of this type (DE-PS 34 05 351) consists of a guide ring made of filled PTFE, the one on the low pressure side face of the seal receiving annular groove of the piston and a high pressure cuff seal arranged on the side. In the guide ring is an elastic support at its low-pressure end ring let in the annular gap between the piston top surface and the cylinder surface bridged to the extrusion of the Avoid guide ring material. With a suitable material choice, exposure to high pressure can cause the Guide ring with the support ring slightly concentrically radial  is deformed against the interacting cylinder surface, so that the annular gap practically disappears. The impact the so-called breathing of the cylinder, that is, its passage change in diameter under changing pressure to be sealed not considered in this context. However, it is known that sealing rings made of PTFE also follow this expansion movement can if it is very small. But if under the highest pressures exceeding 10 kbar, the through change in diameter of the cylinder on each stroke to several Tenths of a millimeter, PTFE materials are prak table have no elasticity due to the constant changing plastic deformation in connection with high The spell of rice was destroyed very quickly. Neither did it stop Materials whose elastic deformability is so great that they are the deformation between the smallest and largest Diameter of the cylinder surface through elastic axial com yield and radial expansion (and vice versa) can because of the enormous stress of the Caribbean do not have sufficient hardness and gliding ability. Groove rings made of hard and elastic material with good sliding Properties such as polyamide imide also became rapid destroyed because their elasticity is insufficient to the ring base with axial compression and radial expansion of the Follow the deformation of the cylinder, and consequently the Tear off lip pressed against the cylinder surface from the base part.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Hochdruckdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die den wechselnden Beanspruchungen bei höchstem Druck gerecht werden.The invention has for its object a method and to create a high-pressure seal of the type mentioned at the outset, that meet the changing demands at the highest pressure will.

Die erfindungsgemäße Lösung liegt in den kennzeichnenden Merk­ malen der Ansprüche 1 bzw. 2. The solution according to the invention lies in the characterizing note paint claims 1 and 2, respectively.  

Die erfindungsgemäße Dichtung wird mit einem Montagedurch­ messer hergestellt, der dem kleinsten Zylinderflächendurch­ messer entspricht, so daß sie in herkömmlicher Weise leicht eingebaut werden kann. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, daß einzelne, elastische Dichtungsteile wie Dichtungs­ lippen mit Übermaß gefertigt werden können, um eine gewisse Dichtungsvorspannung zu erreichen. Im Betrieb wird nun der erfindungsgemäß ausgestaltete Ringteil der Dichtung unter dem axial auf ihn einwirkenden Differenzdruck komprimiert und radial gedehnt, wobei er sich zunächst elastisch und danach plastisch verformt. Wenn sein Dichtdurchmesser bei Maximal­ druck den größten Durchmesser der Zylinderfläche erreicht hat, setzt sich seine Gesamtverformung aus einem elastischen und einem plastischen Teil zusammen. Läßt der Druck nach und vermindert sich dementsprechend der Durchmesser der Zylin­ derfläche, so geht der Dichtdurchmesser des Ringteils zunächst elastisch zurück, bis ein Durchmesser erreicht ist, bei welchem die durch elastische Verformung darin erzeugten Span­ nungen im wesentlichen verschwunden sind. In diesem Zustand ist sein Dichtdurchmesser infolge der plastischen Verformung größer als der kleinste Durchmesser der Zylinderfläche. Bei deren weiterer Kontraktion infolge sinkenden Drucks findet daher eine Kompression des Ringteils durch die ihn radial zusammenpressende Zylinderfläche statt, wobei diese radiale Kompression wiederum im wesentlichen elastisch erfolgt. Von dem Zustand ausgehend, in welchem die elastischen Spannungen im Ringteil im wesentlichen aufgehoben sind, bauen sich bei Verformung zum kleinsten bzw. größten Dichtflächendurchmesser hin die elastischen Spannungen im Ringteil auf. Dieser Zustand wird deshalb auch als neuer Ausgangszustand bezeichnet. Da diese Verformungen geringer sind als die zwischen dem klein­ sten und dem größten Dichtflächendurchmesser liegende Gesamt­ verformung, ist auch die elastische Beanspruchung entsprechend geringer. Mit anderen Worten kann ein Werkstoff gewählt werden, dessen elastisches Verformungsvermögen zwar nicht für die gesamte Verformungsstrecke aber für einen Teil derselben ausreicht, nämlich für wenigstens etwa die halbe gesamte Ver­ formungsstrecke. Dies bedeutet auch, daß ein Material gewählt werden kann, dessen Festigkeit, Verschleißverhalten und/oder Reibeigenschaften günstiger sind als die eines entsprechend elastischeren Materials.The seal according to the invention is assembled with one knife that has the smallest cylinder area knife corresponds so that they are light in a conventional manner can be installed. Of course, this does not exclude from that individual, elastic sealing parts such as sealing lips with oversize can be made to a certain Achieve seal preload. In operation, the designed according to the invention ring part of the seal under the compresses axially acting on it and radially stretched, becoming elastic first and then plastically deformed. If its sealing diameter is at maximum pressure has reached the largest diameter of the cylinder surface, its total deformation consists of an elastic and a plastic part together. Does the pressure decrease and the diameter of the cylinder decreases accordingly surface, so the sealing diameter of the ring part goes first elastic back until a diameter is reached at which is the chip generated therein by elastic deformation have essentially disappeared. In this condition is its sealing diameter due to the plastic deformation larger than the smallest diameter of the cylinder surface. At whose further contraction takes place due to falling pressure therefore a compression of the ring part through it radially compressing cylinder surface instead, this radial Compression again takes place essentially elastically. From starting from the state in which the elastic tensions are essentially canceled in the ring part, build up Deformation to the smallest or largest sealing surface diameter towards the elastic tensions in the ring part. That state is therefore also referred to as the new initial state. There these deformations are less than that between the small ones most and the largest total sealing surface diameter deformation, the elastic stress is also appropriate less. In other words, a material can be chosen  are, whose elastic deformability is not for the entire deformation distance for part of the same is sufficient, namely for at least about half the entire Ver forming section. This also means that a material is chosen can be, its strength, wear behavior and / or Rubbing properties are more favorable than those correspondingly more elastic material.

Bei der obigen Schilderung des Verformungsvorgangs aus dem Montagezustand zu dem neuen Ausgangszustand wurde verein­ fachend davon ausgegangen, daß die gesamte plastische Ver­ formung sich bereits bei dem ersten Arbeitsspiel des Kolbens einstellt. Dies ist nur bei solchen Werkstoffen der Fall, bei denen die Vorgänge plastischer und elastischer Verformung eindeutig voneinander abgrenzbar sind, wie bei einigen Metallen. Bei polymeren Stoffen, die für die betrachteten Ringteile hauptsächlich verwendet werden, überlagern sich plastische und elastische Verformung, was aber das Ergebnis prinzipiell nicht ändert; denn es kommt nicht darauf an, ob der neue Ausgangszustand schon beim ersten Arbeitsspiel oder erst nach einigen Arbeitsspielen erreicht wird. Wenn man Wert darauf legt, daß er bereits bei Betriebsbeginn vorhanden ist, kann man dies dadurch bewerkstelligen, daß man die Dichtung vor Betriebsbeginn im eingebauten Zustand über eine so lange Zeitperiode dem Verformungsdruck (ggf. zur Schonung langsam sich steigernd) aussetzt, bis der gewünschte Verformungsgrad erreicht ist. Es kommt auch nicht darauf an, daß im neuen Ausgangszustand sämtliche elastischen Spannungen innerhalb des Ringteils verschwinden, da unterschiedliche Querschnittsteile des Ringteils unterschiedlichen Beanspruchungen unterworfen sein können und sich daher auch der spannungsfreie Zustand nicht in jedem Querschnittsteil des Ringteils im gleichen Ver­ formungsstadium einstellen muß. In the above description of the deformation process from the Assembly state to the new initial state was combined assuming that the entire plastic ver formation already at the first working cycle of the piston sets. This is only the case with such materials, at which the processes of plastic and elastic deformation are clearly distinguishable from each other, as with some Metals. For polymeric substances that are considered for the Ring parts mainly used overlap plastic and elastic deformation, but what the result principally does not change; because it doesn't matter whether the new initial state at the first work cycle or is only achieved after a few working games. If you value makes sure that it already exists at the start of operation, you can do this by using the seal before starting operation in the installed state over such a long time Time period the deformation pressure (if necessary, slow to protect increases) until the desired degree of deformation is reached. It does not matter that in the new Initial state all elastic tensions within the Ring part disappear because of different cross-sectional parts the ring part subjected to different stresses can be and therefore also the tension-free state not in every cross-sectional part of the ring part in the same ver must set the molding stage.  

Der Ringteil, der dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen wird und aus einem dafür geeigneten Werkstoff besteht, muß kein von anderen Dichtungsteilen gesonderter Teil sein; es kann sich vielmehr auch um einen Teil handeln, der einstückig mit anderen, nicht oder weniger von der Erfindung betroffenen Teilen zusammengesetzt ist. Ein Beispiel dafür ist der Basis­ teil eines Nutrings, dessen Lippen aufgrund ausschließlicher, in Umfangsrichtung verlaufender Zugbeanspruchung oder aufgrund einer kombinierten Zug- und Biegebeanspruchung den Durch­ messeränderungen der Zylinderfläche leicht folgen können, während der Basisteil dieser Verformung weniger leicht, näm­ lich nur aufgrund axialer Kompression und radialer Expansion, folgen kann und daher den erfindungsgemäßen Vorgängen unter­ worfen sein sollte.The ring part which is subjected to the method according to the invention is and consists of a suitable material, must not be a separate part from other sealing parts; it Rather, it can also be a part that is in one piece with others not or less affected by the invention Sharing is composed. An example of this is the basis part of a grooving ring, the lips of which are circumferential tensile stress or due to a combined tensile and bending stress the through changes in the diameter of the cylinder surface can easily follow, during the base part of this deformation less easy, näm only due to axial compression and radial expansion, can follow and therefore the processes according to the invention should be thrown.

Der Ringteil besteht zweckmäßigerweise in seiner Gesamtheit aus dem elastisch und plastisch verformbaren Werkstoff, der die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht. Jedoch besteht auch die Möglichkeit, ihn aus mehreren, unter­ schiedlichen Werkstoffen zusammenzusetzen, beispielsweise aus einem (oder mehreren) die Umfangsfläche ganz oder teilweise bildenden Ring, der die Eigenschaften eines Lauf-, Führungs- und/oder Stützrings haben kann und mit entsprechenden Eigen­ schaften ausgestattet ist, und einem Kern aus dem elastisch und plastisch verformbaren Kunststoff. Der Elastizitätsmodul des an der Bildung der Umfangsfläche beteiligten Rings ist zweckmäßigerweise beträchtlich höher als derjenige des elastisch/plastisch verformbaren Kerns, wobei sein Ausgangs­ zustand unverändert derjenige ist, bei dem sein Außendurch­ messer dem Kleinstdurchmesser der Zylinderfläche gleicht. Dieser Ring trägt dann nämlich unterhalb des neuen Ausgangs­ zustands des elastisch/plastisch verformbaren Werkstoffs zu dessen Kompression bei, wodurch die Zylinderfläche entlastet und die Reibkräfte verringert werden. The ring part expediently consists in its entirety from the elastically and plastically deformable material, the enables the implementation of the method according to the invention. However, there is also the option of having several, under assemble different materials, for example one or more of the circumferential surface in whole or in part forming ring, which has the properties of a running, guiding and / or support ring can have and with appropriate own is equipped, and a core made of elastic and plastically deformable plastic. The modulus of elasticity of the ring involved in the formation of the peripheral surface expediently considerably higher than that of elastic / plastically deformable core, being its output condition is unchanged the one with its outside knife is the smallest diameter of the cylinder surface. This ring then carries below the new exit state of the elastically / plastically deformable material its compression, which relieves the cylinder surface and the frictional forces are reduced.  

Zweckmäßigerweise ist der die erfindungsgemäßen Eigenschaften aufweisende Ringteil mit einem Dichtelement zur Erzeugung einer Anfangsdichtwirkung verbunden, beispielsweise einer Lippendichtung in der Form eines Nutrings oder in der Form von Manschetten. In vielen Fällen ist dies jedoch nicht unbedingt erforderlich, weil der Ringteil, sobald er in den neuen Aus­ gangszustand verformt wurde, stets unter Vorspannung an der Zylinderfläche anliegt.The properties according to the invention are expediently having ring part with a sealing element for production an initial sealing effect, for example one Lip seal in the form of a grooved ring or in the form of Cuffs. In many cases, however, this is not essential required because the ring part, once it is in the new out was deformed, always under tension on the Cylinder surface abuts.

Ein Werkstoff, der sich für den erfindungsgemäßen Dichtteil besonders bewährt hat, ist Polyoximethylen sowie Kopoly­ merisate davon.A material that is suitable for the sealing part according to the invention has proven particularly useful is polyoxymethylene and copoly merisate of it.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigtAn embodiment of the invention is described below the drawing explained. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Dichtungsanordnung in etwa natürlichem Maßstab und Fig. 1 shows a longitudinal section through the sealing arrangement on an approximately natural scale and

Fig. 2 bis 4 einen Längsschnitt durch einen der beiden Dichtungsringe gemäß Fig. 1 in größerem Maßstab in verschiedenen Funktionsstadien. FIGS. 2 to 4 show a longitudinal section through one of the two sealing rings according to FIG. 1 on a larger scale in different functional stages.

In dem Zylinder 1 mit Zylinderfläche 2 ist die Kolbenstange 3 verschiebbar. Der Zylinderflächendurchmesser beträgt 80 mm. Am vorderen Kolbenstangenende ist zwischen Ringen 4 und 5, die zusammen mit einem Führungsring 5 von einer Mutter 7 gehalten sind, die Dichtung 8 gekammert. Diese besteht aus einem druck­ seitig angeordneten Nutring 9, dessen Nut von einem Poly­ urethanring gefüllt ist und dessen druckseitige Außenkante durch einen Stützring 11 gesichert ist, und einem niederdruck­ seitig angeordneten Führungs- und Dichtring 12, dessen äußere, niederdruckseitige Kante durch einen Stützring 13 gesichert ist. Der Nutring 10 und der Führungs- und Dichtring 12 bestehen aus Polyoximethylen mit folgenden Eigenschaften:The piston rod 3 is displaceable in the cylinder 1 with the cylinder surface 2 . The cylinder surface diameter is 80 mm. At the front piston rod end between rings 4 and 5 , which are held together with a guide ring 5 by a nut 7 , the seal 8 is chambered. This consists of a pressure-side groove ring 9 , the groove is filled with a poly urethane ring and the pressure-side outer edge is secured by a support ring 11 , and a low-pressure side guide and sealing ring 12 , the outer, low-pressure side edge secured by a support ring 13 is. The grooved ring 10 and the guide and sealing ring 12 consist of polyoxymethylene with the following properties:

  • Streckspannung 70 N/mm2 Yield stress 70 N / mm 2
  • Dehnung bei Streckspannung 8%Elongation at yield stress 8%
  • Reißdehnung 20 bis 25%Elongation at break 20 to 25%
  • Elastizitätsmodul 3200 N/mm2 Young's modulus 3200 N / mm 2
  • Dichte 1,41 g/cm3 Density 1.41 g / cm 3

Der Polyurethanring hat eine Härte von 92 Shore A. Die Stütz­ ringe 11 und 13 bestehen aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung mit etwa 2% Beryllium und einem Elastizitätsmodul von 130 000 N/mm2 ausgehärtet. Der Außendurchmesser aller Ringe im Montagezustand beträgt 80 mm mit geringer Minustoleranz. Der Innendurchmesser beträgt 50 mm.The polyurethane ring has a hardness of 92 Shore A. The support rings 11 and 13 are made of a beryllium-copper alloy with about 2% beryllium and a modulus of elasticity of 130,000 N / mm 2 hardened. The outer diameter of all rings in the assembled state is 80 mm with low minus tolerance. The inside diameter is 50 mm.

Die so eingebaute Dichtung wurde einem bei jedem Hub zwischen Null und 11 000 bar wechselnden Differenzdruck bei einem Hub von 155 mm, einer Kolbengeschwindigkeit von 105 mm/sec und einer Frequenz von 3 min-1 ausgesetzt. Die Durchmesserauf­ weitung des Zylinders betrug bei jedem Hub 0,9 mm.The seal installed in this way was subjected to a differential pressure which varied between zero and 11,000 bar with a stroke of 155 mm, a piston speed of 105 mm / sec and a frequency of 3 min -1 . The diameter expansion of the cylinder was 0.9 mm with each stroke.

Nach dem Ausbau der Dichtung zeigte sich, daß der Außendurch­ messer der Kunststoffringe in Abstand von den Stützringen 80,2 mm betrug, also 0,2 mm mehr als der kleinste Zylinder­ flächendurchmesser. Der Außendurchmesser der Stützringe betrug unverändert 80,0 mm. Das bedeutet, daß die Kunststoffringteile, soweit sie nicht aufgrund der Form der Lippen 14 besondere Nachgiebigkeit und radiale Vorspannung aufweisen, sich plastisch auf einen neuen Ausgangszustand gedehnt haben, bei welchem der Außendurchmesser in der Mitte zwischen dem klein­ sten und dem größten Durchmesser der Zylinderfläche liegt. Ferner bedeutet dies, daß der Verschleiß nicht zu einer Durch­ messerverringerung geführt hat, weil der Materialabtrag am Dichtumfang laufend ausgeglichen wurde durch eine entspre­ chende plastische Nachverformung der Kunststoffringteile. In der Tat kann es als besonderer Vorteil der Erfindung angesehen werden, daß infolge dieser Nachverformung wesenlich größeres Verschleißvolumen erlaubt werden kann als bei lediglich elastisch sich verformenden Dichtringen.After removing the seal, it was found that the outer diameter of the plastic rings was 80.2 mm from the support rings, ie 0.2 mm more than the smallest cylinder surface diameter. The outer diameter of the support rings was unchanged at 80.0 mm. This means that the plastic ring parts, unless they have particular flexibility and radial preload due to the shape of the lips 14 , have plastically expanded to a new initial state, in which the outer diameter lies in the middle between the smallest and the largest diameter of the cylinder surface . Furthermore, this means that the wear has not led to a reduction in diameter, because the material removal on the sealing circumference has been continuously compensated for by a corresponding plastic post-deformation of the plastic ring parts. In fact, it can be regarded as a particular advantage of the invention that, as a result of this post-deformation, substantially larger wear volumes can be allowed than with only elastically deforming sealing rings.

Die Verformungsverhältnisse werden anhand der schematischen Fig. 2 bis 4 erläutert, die als Beispiel aus der in Fig. 1 gezeigten Ausführung den Führungs- und Dichtungsring 12 herausgreift und in größerem Maßstab in verschiedenen Funk­ tionsstadien übertrieben zeigt. Entsprechendes gilt für den Basisteil 15 des Nutrings.The deformation ratios are explained with reference to the schematic FIGS. 2 to 4, which, as an example from the embodiment shown in FIG. 1, picks out the guide and sealing ring 12 and shows them on a larger scale in various stages of function. The same applies to the base part 15 of the grooving.

Fig. 2 zeigt ihn im Montagezustand zwischen der Kolbenober­ fläche 16 und der Zylinderfläche 2 im drucklosen Zustand. Unter Vernachlässigung der geringen Maßtoleranzen gleicht der Dichtdurchmesser des Rings 12 dem Durchmesser 20 der Zylin­ derfläche 2. Fig. 2 shows it in the assembled state between the upper piston surface 16 and the cylinder surface 2 in the depressurized state. Neglecting the small dimensional tolerances, the sealing diameter of the ring 12 is equal to the diameter 20 of the cylinder surface 2 .

Strichpunktiert ist bei 17 die Lage der gedehnten Zylinder­ fläche 2 bei Druckbeaufschlagung angedeutet. Wenn dieser Zustand gemäß Fig. 3 erreicht ist, wird der Ring 12 in axialer Richtung im Sinne der angedeuteten Pfeile von dem Differenz­ druck beaufschlagt, wobei es im Prinzip gleichgültig ist, ob der Druck von einem fließfähigen Medium oder von konstruktiven Abstützungen der Dichtungsanordnung übertragen wird. Man erkennt, daß der Ring sich samt dem Stützring 13 unter axialer Kompression entsprechend der Zylinderfläche 2 gedehnt hat. Gemäß den obigen Ausführungen findet diese Dehnung teilweise elastisch und teilweise plastisch statt. Wenn die Druck­ differenz verschwindet, stellt sich der Zustand gemäß Fig. 2 her, weil der Ring durch die Zylinderfläche 2 komprimiert wird. Der innere Spannungszustand des Rings ist allerdings ein anderer als im Montagezustand gemäß Fig. 2. Würde man nämlich den Ring demontieren, so daß er frei die Gestalt annehmen kann, die seinem durch die Verformung gemäß Fig. 3 ange­ nommenen Spannungszustand entspricht, so erhält man die in Fig. 4 dargestellte Querschnittsgestalt, die den neuen Ausgangszustand wiederspiegelt. Der Ringteil 18, der sich unbeeinflußt von dem Stützring 13 dehnen konnte, hat einen entspannten Dichtdurchmesser 19, der etwa in der Mitte zwischen dem größten Zylinderflächendurchmesser 17 und dem kleinsten Zylinderflächendurchmesser 20 liegt. Während des Betriebes unter wechselnder Verformung entspricht daher die maximal in diesem Ringteil auftretende Verformungsspannung der Verformungsstrecke zwischen den Durchmessern 19 einerseits und 17 bzw. 20 andererseits und ist daher halb so groß wie die der Verformungsstrecke zwischen dem kleinsten und dem größten Zylinderflächendurchmesser 17 bzw. 20 entsprechende Spannung. Die Materialbeanspruchung ist daher entsprechend geringer bzw. es kann ein Werkstoff gewählt werden, dessen elastische Bean­ spruchbarkeit entsprechend niedriger liegt.Dash-dot line at 17 indicates the position of the stretched cylinder surface 2 when pressurized. If this state is reached 3 according to Fig., The ring is urged in the axial direction in the sense of the arrows indicated by the differential 12 pressure, whereby it is immaterial in principle whether the pressure is transferred from a flowable medium or from structural supports of the seal assembly . It can be seen that the ring together with the support ring 13 has expanded under axial compression in accordance with the cylinder surface 2 . According to the above statements, this stretching takes place partly elastically and partly plastically. If the pressure difference disappears, the state according to FIG. 2 is established because the ring is compressed by the cylinder surface 2 . The internal stress state of the ring is, however, different from that in the assembled state according to FIG. 2. If the ring were to be dismantled so that it can freely assume the shape that corresponds to its stress state assumed by the deformation according to FIG. 3, one obtains the cross-sectional shape shown in Fig. 4, which reflects the new initial state. The ring part 18 , which could expand unaffected by the support ring 13 , has a relaxed sealing diameter 19 which lies approximately in the middle between the largest cylinder surface diameter 17 and the smallest cylinder surface diameter 20 . During operation under changing deformation, the maximum deformation stress occurring in this ring part therefore corresponds to the deformation distance between the diameters 19 on the one hand and 17 or 20 on the other hand and is therefore half as large as that corresponding to the deformation distance between the smallest and the largest cylinder surface diameters 17 and 20 Tension. The material stress is therefore correspondingly lower or a material can be selected whose elasticity is correspondingly lower.

Im Ringteil 21, der sich aus dem Stützring 13 und dem davon eingeschlossenen Materialkern 22 zusammensetzt, stellt sich im entlasteten Zustand gemäß Fig. 4 ein Durchmesser ein, der etwas geringer ist als derjenige im Ringteil 18, weil in dem ausschließlich elastischer Verformung unterliegenden Stützring 13 eine Zugspannung wirkt, die im Gleichgewicht steht mit einer entsprechenden Druckspannung des Kerns 22. Jedoch gilt auch für diesen Bereich und insbesondere für den Kern 22, daß die Verformung von einem neuen Ausgangszustand stattfindet, der zwischen dem kleinsten und dem größten Verformungs­ durchmesser liegt, so daß die Beanspruchung geringer ist, als wenn die Verformung elastisch von dem Montagezustand gemäß Fig. 2 ausgehen müßte.In the relieved state according to FIG. 4, a diameter is established in the ring part 21 , which is composed of the support ring 13 and the material core 22 enclosed by it, which is slightly smaller than that in the ring part 18 , because in the support ring 13, which is only subject to elastic deformation a tensile stress acts which is in equilibrium with a corresponding compressive stress of the core 22 . However, it also applies to this area and in particular to the core 22 that the deformation takes place from a new initial state, which lies between the smallest and the largest deformation diameter, so that the stress is less than if the deformation is elastic from the mounting state according to FIG would have to go out.. 2

Claims (8)

1. Verfahren zum Abdichten eines Kolbens gegenüber einer Zylinderfläche, deren Durchmesser sich unter Druckwechsel zwischen einem kleinsten und einem größten Wert ändert, mittels einer Dichtung, die einen Ringteil aus elastisch und plastisch verformbarem Werkstoff enthält, der durch im wesentlichen elastische Verformung, die eine axiale Kom­ pression unter der abzudichtenden Druckdifferenz und eine entsprechende radiale Expansion und umgekehrt umfaßt, der Durchmesseränderung der Zylinderfläche folgt und mit einem dem kleinsten Durchmesser der Zylinderfläche ent­ sprechenden Montagedurchmesser eingebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringteil nach dem Einbau durch plastische Verformung unter Einwirkung des abzudichtenden Drucks in einen neuen Ausgangszustand gebracht wird, in welchem sein Dichtdurchmesser annähernd um die Hälfte der maximalen Durchmesser­ ausweitung der Zylinderflächen größer als der kleinste Durchmesser der Zylinderfläche ist und von dem aus sowohl der größte als auch der kleinste Dichtdurchmesser durch elastische radiale Expansion bzw. Kompression erreichbar sind. 1. A method for sealing a piston against a cylinder surface, the diameter of which changes under pressure changes between a minimum and a maximum value, by means of a seal which contains a ring part made of elastically and plastically deformable material, which is characterized by an essentially elastic deformation which is axial Compression under the pressure difference to be sealed and a corresponding radial expansion, and vice versa, follows the change in diameter of the cylinder surface and is installed with a diameter corresponding to the smallest diameter of the cylinder surface, characterized in that the ring part after installation by plastic deformation under the influence of the seal Pressure is brought into a new initial state in which its sealing diameter is approximately half the maximum diameter expansion of the cylinder surfaces larger than the smallest diameter of the cylinder surface and from which both the largest and a uch the smallest sealing diameter can be achieved by elastic radial expansion or compression. 2. Hochdruckdichtung zum Abdichten eines Kolbens gegenüber einer unter Druckwechsel einen kleinsten und einen größten Durchmesser annehmenden Zylinderfläche, die einen Ringteil aus elastisch und plastisch verformbaren Werkstoff umfaßt, der der Durchmesserveränderung durch im wesentlichen elastische Verformung folgt, die eine axiale Kompression unter der Druckdifferenz und eine entsprechende radiale Expansion (und umgekehrt) umfaßt, und der einen dem klein­ sten Durchmesser der Zylinderfläche entsprechenden Monta­ gedurchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringteil (12, 15) unter Betriebsbedingungen von der abzu­ dichtenden Druckdifferenz vom Montagedurchmesser auf einen neuen Ausgangsdurchmesser plastisch verformbar ist, der annähernd um die Hälfte der maximalen Durchmesser­ ausweitung der Zylinderfläche größer als der kleinste Durchmesser der Zylinderfläche (2) ist, und seine elastische Veformbarkeit mindestens etwa der Hälfte seiner vom kleinsten bis zum größten Durch­ messer der Zylinderfläche erforderlichen Verformung entspricht.2. High-pressure seal for sealing a piston against a cylinder surface which assumes a smallest and a largest diameter under pressure changes, which comprises a ring part made of elastically and plastically deformable material, which follows the change in diameter by essentially elastic deformation, which is an axial compression under the pressure difference and a Corresponding radial expansion (and vice versa), and which has a diameter corresponding to the smallest diameter of the cylinder surface, characterized in that the ring part ( 12, 15 ) is plastically deformable under operating conditions from the pressure difference to be sealed from the mounting diameter to a new starting diameter , which is approximately half the maximum diameter expansion of the cylinder surface larger than the smallest diameter of the cylinder surface ( 2 ), and its elastic deformability at least about half its size from the smallest to the largest This corresponds to the deformation required for the cylinder surface. 3. Hochdruckdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringteil (12, 15) im wesentlichen in seiner Gesamt­ heit aus dem elastisch und plastisch verformbaren Werk­ stoff besteht.3. High-pressure seal according to claim 2, characterized in that the ring part ( 12, 15 ) consists essentially in its overall unit of the elastically and plastically deformable material. 4. Hochdruckdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringteil der Basisteil eines Nutrings ist.4. High pressure seal according to claim 2, characterized in that the ring part is the base part of a grooving ring is. 5. Hochdruckdichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringteil (12, 15) mit einem oder mehreren elastischen Stützringen (11, 13) verbunden ist, deren Elastizitätsmodul höher liegt. 5. High-pressure seal according to one of claims 2 to 4, characterized in that the ring part ( 12, 15 ) is connected to one or more elastic support rings ( 11, 13 ), the modulus of elasticity of which is higher. 6. Hochdruckdichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtumfang des Ringteils (12, 15) ganz oder teilweise von einem oder mehreren Ringen (11, 13) aus einem elastischen Material mit höherem E-Modul abgedeckt ist.6. High-pressure seal according to one of claims 2 to 5, characterized in that the sealing circumference of the ring part ( 12, 15 ) is completely or partially covered by one or more rings ( 11, 13 ) made of an elastic material with a higher E module. 7. Hochdruckdichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtteil des Ringteils (12, 15) mit einem Dichtelement (14) zur Erzeugung einer Anfangs­ dichtwirkung verbunden ist.7. High-pressure seal according to one of claims 2 to 6, characterized in that the sealing part of the ring part ( 12, 15 ) with a sealing element ( 14 ) is connected to produce an initial sealing effect. 8. Hochdruckdichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringteil (12, 15) aus Polyoximethylen oder einem Kopolimerisat davon besteht.8. High-pressure seal according to one of claims 2 to 7, characterized in that the ring part ( 12, 15 ) consists of polyoxymethylene or a copolymer thereof.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3405351C2 (en) * 1984-02-15 1986-06-12 Bran & Lübbe GmbH, 2000 Norderstedt High pressure seal

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Title
WISSEROTH,Karl: Stopfbüchsenpackungen mit unge- wöhnlich großer Lebensdauer, In: VDI-Z.117 (1975) Nr.5, S.223-226 *

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