DE3833689A1 - Dichtsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtsystem aus einer Ring­ dichtung mit einem in einer Ringnut einer Zylinder­ fläche sitzenden flachen Dichtring, der auf seiner dem Nutgrund abgewandten Umfangsfläche eine Überhöhung auf­ weist.

Derartige Dichtsysteme werden als Ersatz für O-Ringe für drehende und statische Abdichtungen sowie als Kolbendichtung verwendet. O-Ringe haben bekanntlich bei hoher Reibung die Neigung, sich zu verdrehen, wodurch eine zuverlässige Abdichtung nicht mehr gewährleistet ist. Außerdem besteht bei hohen Drücken bei der Verwen­ dung der O-Ringe als Kolbendichtungen das Problem der Spaltextrusion, bei der sich der O-Ring auf Grund der einseitigen Druckbelastung in den Spalt zwischen Kolben und Zylinder teilweise hineinpreßt, wodurch ein Ver­ klemmen der Kolbenzylindereinheit auftreten kann und der O-Ring beschädigt und undicht wird.

Ein bekanntes Dichtsystem zur Vermeidung der Spaltex­ trusion im statischen und dynamischen Anwendungsbereich zum Einsatz in standardisierte O-Ringeinbauräume be­ steht darin, einen herkömmlichen O-Ring in Druckrich­ tung mit einem zusätzlichen Ring abzustützen, dessen eine Flanke parallel zur Nutflanke der Ringnut für den O-Ring verläuft und dessen andere Flanke konkav zur Aufnahme und Abstützung des O-Rings gekrümmt ist. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Einbau­ tiefe des zusätzlichen Stützrings entweder um das Spaltmaß größer im Durchmesser ist und dann zu Ver­ klemmungen führt, oder einen gegebenenfalls geringeren Spalt freiläßt, wodurch das Problem der Spaltextrusion nicht vollständig beseitigt ist.

Ein weiteres bekanntes Dichtsystem besteht aus einem Gummiring, einer Gewebemanschette und zwei hochfesten Kunststoffwinkelbuchsen, wobei der Gummiring und die Winkelmanschetten in eine Ringnut eingesetzt sind und die Winkelbuchsen den Spalt zwischen Kolben und Zylin­ der überbrücken. Zwischen den Winkelbuchsen liegt die Gewebemanschette in einer von den Winkelbuchsen und dem Gummiring gebildeten Ringnut auf dem Gummiring auf. Die Gewebemanschette dieses insgesamt vierteiligen Dicht­ systems ist im Querschnitt auf ihrer radial äußeren Umfangsfläche mit einer dachförmigen Überhöhung ver­ sehen. Auch bei diesem Dichtsystem wird der Spalt zwischen Kolben und Zylinder durch die Winkelbuchsen überbrückt, wodurch eine höhere Reibung entsteht, die einen entsprechend hohen Verschleiß des Dichtsystems zur Folge hat. Außerdem wird die Leichtgängigkeit des Kolben-Zylindersystems beeinträchtigt.

Ein derartiges Dichtsystem ist aufwendig in der Montage und benötigt insgesamt vier mit höchster Fertigungs­ genauigkeit herzustellende Elemente und ist somit äußerst kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dicht­ system zu schaffen, das die Leichtgängigkeit in beweg­ ten Systemen nicht beeinträchtigt, bei dem das Problem der Spaltextrusion bei hohen Drücken nicht auftreten kann, und das in einfacher Weise hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge­ sehen,

• - daß die der Nutöffnung zugewandten axialen Kanten des Dichtrings in der Ringnut versenkt angeordnet sind, und
• - daß die dem Nutgrund zugewandte Umfangsfläche des Dichtrings den Nutgrund im unbelasteten Zustand im Querschnitt in zwei Bereichen berührt, wobei zwi­ schen den umfangsmäßig verlaufenden Bereichen im unbelasteten Zustand ein Hohlraum verbleibt.

Dadurch daß die dem Nutgrund abgewandten axialen Kanten des Dichtrings in der Ringnut versenkt angeordnet sind und der Dichtring auf Grund des Hohlraums elastisch nachgeben kann, wird verhindert, daß der Dichtring sich bei radialer Druckbelastung an seinen Flanken hochwölbt, so daß eine Spaltextrusion praktisch ausgeschlossen ist. Der Hohlraum an der dem Nutgrund zugewandten Um­ fangsfläche ermöglicht es, eine hohe Elastizität und Vorspannkraft des Dichtrings auch bei relativ hartem Dichtmaterial zu erreichen. Außerdem wird durch diesen Hohlraum der Sitz des Dichtrings in der Ringnut verbes­ sert, weil der Anpreßdruck der Flanken des Dichtrings gegen die Nutflanken bei Belastung erhöht wird, wodurch der Dichtring seine Lage in der Ringnut beibehält und sich insbesondere nicht verwindet. Eine derartige Dich­ tung kann aus verschleißfesterem härteren Material unter Beibehaltung der Elastizität hergestellt werden. Die Leichtgängigkeit bei gegeneinander beweglichen Teilen wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Der Hohlraum kann im Querschnitt dreieckförmig gestal­ tet sein. Ein derartiger Dichtring läßt sich mit hoher Fertigungsgenauigkeit, z.B. durch Schneiden, herstel­ len, wobei das Problem von Trennähten wie bei form­ gegossenen Dichtringen nicht entstehen kann.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Berührungsbereiche zwischen der dem Nutgrund zugewandten Umfangsfläche und dem Nutgrund linienförmig sind. Die linienförmige Berüh­ rung zwischen dem Dichtring und dem Nutgrund ermöglicht darüber hinaus eine sichere Abdichtung, indem die Flä­ chenpressung an den Berührungsstellen erhöht ist.

Die Überhöhung ist im Querschnitt im wesentlichen sat­ teldachförmig gestaltet. Bei spitz zulaufender Sattel­ dachform ist eine linienförmige Abdichtung mit hoher Flächenpressung möglich. Die Berührungslinie wird dabei von den beiden, sich am Nutgrund abstützenden Schenkeln des Dichtrings symmetrisch abgestützt.

Die radiale Überhöhung kann auch in der Mitte zwischen beiden Dichtringflanken eine schmale, nutgrundparallele Dichtfläche aufweisen, um eine flächige Abdichtung zu ermöglichen.

Diese Dichtfläche kann umfangsmäßig mit umlaufenden Rillen versehen sein, um die Abdichtwirkung der Dicht­ fläche zu erhöhen.

Die Flanken des Dichtrings verlaufen bei einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung parallel zu den Flanken der Ringnut.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Flanken des Dichtrings unter einem Winkel zu den Flanken der Ringnut verlaufen, und die Nutflanken linienförmig berühren derart, daß zwischen den Berüh­ rungslinien der Flanken und der dem Nutgrund zugewand­ ten Umfangsflächen Hohlräume verbleiben. Ein derartiges Dichtsystem ist in Normalrichtung zum Nutgrund noch flexibler, so daß ein steiferes Elastomer-Material verwendet werden kann, wodurch eine höhere Vorspann­ kraft zum Abdichten möglich ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Flanken des Dichtrings in einem ersten der Nut­ öffnung zugewandten Abschnitt parallel zu den Nut­ flanken in einem zweiten dem Nutgrund zugewandten Ab­ schnitt unter einem Winkel zu den Nutflanken verlaufen derart, daß beiderseits der axial nach innen versetzten Berührungslinien der den Nutgrund zugewandten Umfangs­ flächen zusätzliche Hohlräume gebildet sind. Ein der­ artiger Dichtring schließt die Möglichkeit einer Spaltextrusion vollständig aus, indem bei Belastung des Dichtrings die der Nutöffnung zugewandten axialen Kanten von den Nutflanken zurückspringen und somit noch weiter von dem Spalt entfernt werden.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine ausschnittsweise Darstellung einer Kolben- Zylindereinheit mit dem erfindungsgemäßen Dichtsystem,

Fig. 2 einen Dichtring mit einer satteldachförmigen Überhöhung und einer nutgrundparallelen Dichtfläche,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, bei dem die Dichtfläche mit Rillen versehen ist,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel mit abgewinkelten Dichtringflanken,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit schräg zu den Nutflanken verlaufenden Dichtringflanken,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit einem im Querschnitt V-förmigen Nutgrund, und

Fig. 7 einen in einem Einsatzring eingefügten Dichtring gemäß Fig. 6.

Bei einem rotatorisch und/oder translatorisch bewegten System, bestehend aus einem mit einer Ringnut 1 verse­ henen Kolben 2 und einem Zylinder 3, ist in der im Querschnitt rechteckigen Ringnut 1 eine aus einem fla­ chen Dichtring 4 bestehende Ringdichtung eingebaut.

Der Dichtring 4 besteht aus einem nicht-thermoplasti­ schen Elastomer, vorzugsweise aus einem Polyurethan auf NDI-Basis (1,5 Diisocyanato-Naphthalin).

Der Dichtring 4 gemäß Fig. 1 ist als Kolbendichtung gezeigt, jedoch ist es auch möglich, einen derartigen Dichtring mit umgekehrter Profilierung in einer in der Zylinderwand 3 eines Zylinders eingelassenen Ringnut vorzusehen.

Der Dichtring 4 ist im Querschnitt dachförmig gestaltet mit zueinander parallelen radial äußeren und radial inneren Umfangsflächen 5, 6, 7, 8. Der Dichtring 4 ist hinsichtlich seiner radialen Mittelachse spiegelsymme­ trisch und weist im Querschnitt zwei zum Nutgrund 9 weisende Schenkel auf.

Die radial äußeren Umfangsflächen 5, 7 der beiden Schenkel laufen unter einem Winkel von ca. 145° auf­ einander zu und bilden an dem Kreuzungspunkt eine Berührungslinie, die gegen die Zylinderwand 3 abdich­ tet. Zwischen dem Nutgrund 9 und den radial inneren Umfangsflächen 6, 8 verbleibt ein dreieckförmiger Hohl­ raum 11, der ein Einfedern des Dichtrings 4 ermöglicht.

Die Flanken 12, 13 des Dichtrings 4 verlaufen parallel zu den Nutflanken 14, 15. Bei einer Belastung des Dicht­ rings 4 in radialer Richtung erhöht sich der Anpreß­ druck des Dichtrings 4 auf die Nutflanken 14, 15, der gleichmäßig über die Schenkel verteilt wird.

Die radial und axial äußeren Kanten 16, 17 des Dicht­ rings haben einen kleineren Außendurchmesser als der Durchmesser des Kolbens, so daß sie in der Ringnut 1 derart versenkt angeordnet sind, daß eine Spaltextru­ sion in den zwischen Kolben 2 und Zylinderwand 3 be­ findlichen Ringspalt 18 nicht möglich ist.

Die radial inneren und axial äußeren Kanten 19, 20 des Dichtrings 4 bilden zwei Berührungslinien der jewei­ ligen radial inneren Umfangsflächen 6, 8 und verlaufen am Nutgrund an der von dem Nutgrund 9 und den Nut­ flanken 14, 15 gebildeten umlaufenden Kante.

Die Querschnittsform des Dichtrings 4 ermöglicht in Verbindung mit einem geeigneten Dichtungsmaterial die Ausübung einer hohen Rückstellkraft auf die Zylinder­ wand 3, wobei die Gefahr plastischer Verformungen des Dichtrings 4 verringert ist.

Auch bei unterschiedlichen Reibwerten auf dem Umfang der Zylinderwand ist ein Verwinden des Dichtrings 4 im Gegensatz zu O-Ringdichtungen ausgeschlossen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, bei dem anstelle einer linienförmigen Berührung der dach­ förmigen Überhöhung der radial äußeren Umfangsflächen 5, 7 eine flächenförmige Dichtfläche 25 vorgesehen ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann diese Dichtfläche 25 auch mit mehreren umfangsmäßig umlaufenden Rillen 26 versehen sein.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Flanken 12, 13 nur in einem radial äußeren Abschnitt parallel zu den Nutflanken 14, 15 verlaufen. In einem weiteren, radial inneren Abschnitt 27, 28 stehen sie axial und radial nach innen von den Nutflanken 14, 15 ab, so daß die radial inneren Kanten 19, 20 der radial inneren Umfangsflächen 6, 8 axial gegenüber dem Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 1 nach innen versetzt sind. Bei einer Belastung dieser Ringdichtung in Radialrichtung bewegen sich die Kanten 19, 20 axial nach außen, während die radial äußeren Kanten 16, 17 sich axial nach innen bewegen, wodurch noch zuverlässiger eine Spaltextrusion verhindert wird.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwischen den Flanken 12, 13 des Dichtrings 4 und den Nutflanken nur eine linienförmige Berührung an den radial und axial äußeren Kanten 16, 17 besteht. Die linienförmige Berührung erhöht die Flächenpressung an den Berührungs­ stellen und erhöht damit die Abdichtwirkung. Die Flan­ ken 12, 13 verlaufen relativ zu den jeweiligen radial äußeren Umfangsflächen 5, 7 unter einem Winkel von 90°.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5 ent­ stehen auf Grund der axial nach innen versetzten radial inneren Umfangskanten 19, 20 an den axialen Stirnseiten des Dichtrings 4 zusätzliche, im Querschnitt dreieck­ förmige Hohlräume, die die Elastizität des Dichtrings 4 in Radialrichtung zusätzlich verbessern.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die dem Nutgrund 9 zugewandte Umfangsfläche 42 des Dichtrings 4 parallel zur Achse des Kolbens 2 verläuft, während der Nutgrund im Querschnitt V-förmig gestaltet ist, so daß ein im Querschnitt dreieckförmiger Hohlraum 11 ver­ bleibt. Die radial und axial äußeren Kanten 16, 17 haben einen kleineren Außendurchmesser als der Kolbendurchmes­ ser, so daß der Dichtring 4, wie bei den anderen Ausfüh­ rungsbeispielen in der Ringnut 41 versenkt angeordnet ist. Die dem Nutgrund zugewandte Umfangsfläche 42 be­ rührt den Nutgrund 9 im unbelasteten Zustand mit den zwei radial inneren Umfangskanten 19, 20. Im belasteten Zustand kann der Dichtring 4 elastisch in den Hohlraum 11 einfedern.

Dadurch, daß der im unbelasteten Zustand vorhandene Hohlraum 11 im Dichtsystem nicht durch eine entspre­ chende Aussparung des Dichtringes sondern durch den V-förmigen Nutgrund gebildet ist, kann der Dichtring fertigungstechnisch kostengünstiger hergestellt werden.

In Fig. 7 ist der Dichtring 4 aus Fig. 6 in einen zwei­ teiligen, aus Polyoxymethylen (POM) bestehenden Einsatz­ ring 40 a, 40 b eingefügt, der seinerseits in die im Quer­ schnitt rechteckige Ringnut 1 des Kolbens 2 eingesetzt ist. Der Einsatzring 40 a, 40 b schließt mit seinen dem Nutgrund abgewandten Außenkanten bündig mit der Mantel­ fläche des Kolbens 2 ab. Zwischen den beiden Häften des POM-Einsatzringes 40 a, 40 b bleibt ein Ringkanal 44 als Ausgleichs- oder Druckkanal frei, wobei die beiden Einsatzringhälften den Dichtring 4 in einer gemeinsam gebildeten, der Ringnut 41 aus Fig. 6 entsprechenden Ringnut aufnehmen, so daß zwischen Dichtring 4 und Ein­ satz 40 a, 40 b ein im wesentlichen dreieckförmiger Hohl­ raum im unbelasteten Zustand des Dichtrings 4 verbleibt. Die Außenkanten 16, 17 des Dichtrings 4 sind in der Ring­ nut des POM-Einsatzrings 40 a, 40 b versenkt angeordnet.

Claims (20)

1. Dichtsystem aus einer Ringdichtung mit einem in einer Ringnut einer Zylinderfläche sitzenden flachen Dichtring, der auf seiner dem Nutgrund abgewandten Umfangsfläche eine radiale Überhöhung aufweist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die der Nutöffnung (10) zugewandten axialen Kanten (16, 17) des Dichtrings (4) in der Ringnut (1) versenkt angeordnet sind, und
• - daß die dem Nutgrund (9) zugewandte Umfangs­ fläche (6, 8, 42) des Dichtrings (4) den Nut­ grund (9) im unbelasteten Zustand im Quer­ schnitt in zwei Bereichen (19, 20) berührt, wobei zwischen den umfangsmäßig verlaufenden Berührungsbereichen im unbelasteten Zustand ein Hohlraum (11) verbleibt.

2. Dichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hohlraum (11) im Querschnitt dreieck­ förmig gestaltet ist.

3. Dichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die radiale Überhöhung im Querschnitt im wesentlichen satteldachförmig gestaltet ist.

4. Dichtsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die radiale Überhöhung im Querschnitt satteldachförmig spitz zuläuft und linienförmig abdichtet.

5. Dichtsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die radiale Überhöhung mittig eine schmale zur Zylinderfläche (2) parallele Dicht­ fläche (25) aufweist.

6. Dichtsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtfläche (25) mit umfangsmäßig umlaufenden Rillen (26) versehen ist.

7. Dichtsystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Berührungsbereiche zwischen den dem Nutgrund (9) zugewandten Umfangsflächen (6, 8, 42) und dem Nutgrund (9) linienförmig sind.

8. Dichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (4) aus einem nicht-thermoplastischen Elastomer besteht.

9. Dichtsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dichtring (4) aus einem Polyurethan auf NDI-Basis (1,5 Diisocyanato-naphthalin) be­ steht.

10. Dichtsystem nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flanken (12, 13) des Dichtrings (4) parallel zu den Flanken (14, 15) der Ringnut (1) verlaufen.

11. Dichtsystem nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flanken (12, 13) des Dichtrings (4) unter einem Winkel zu den Flanken (14, 15) der Ringnut (1) verlaufen und die Nutflanken (14, 15) linienförmig berühren derart, daß zwischen den jeweiligen Berührungslinien der Flanken und den dem Nutgrund (9) zugewandten Umfangsflächen (6, 8) Hohlräume (29, 30) verbleiben.

12. Dichtsystem nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flanken (12, 13) des Dichtrings (4) in einem ersten der Nutöffnung (10) zugewand­ ten Abschnitt parallel zu den Nutflanken (14, 15) und in einem zweiten dem Nutgrund (9) zugewandten Abschnitt (27, 28) unter einem Winkel zu den Nut­ flanken (14, 15) verlaufen derart, daß beiderseits der axial nach innen versetzten Berührungslinien zusätzliche Hohlräume (29, 30) gebildet sind.

13. Dichtsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flanken (12, 13) des Dicht­ rings (4) und die der Nutöffnung (10) zugewandte Umfangsfläche (5, 7) einen Winkel von 90° ein­ schließen.

14. Dichtsystem nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Nutgrund (9) zugewandten Umfangsflächen (6, 8) im wesentlichen parallel zu den der Nutöffnung (10) zugewandten Umfängsflächen (5, 7) verlaufen.

15. Dichtsystem nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung einteilig ist.

16. Dichtsystem nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichet, daß der Nutgrund (9) im Querschnitt V-förmig gestaltet ist, und der Hohlraum (11) den Nutgrund (9) im unbelasteten Zustand in zwei Bereichen (19, 20) berührt, wobei zwischen den umfangsmäßig verlaufenden Berührungsbereichen im unbelasteten Zustand ein Hohlraum (11) verbleibt.

17. Dichtsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dichtring (4) in einen Einsatzring (40 a, 40 b) in einer Ringnut mit V-förmigem Nutgrund (43) eingesetzt ist, und daß der Einsatzring (40) seinerseits in einer im Querschnitt rechteckigen Ringnut (1) einer Zylinderfläche (2) sitzt.

18. Dichtsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß der Einsatzring (40 a, 40 b) zweiteilig ist und aus im Querschnitt spiegelsymmetrischen Hälf­ ten besteht, zwischen denen ein Ausgleichs- oder Druckkanal (43) verläuft.

19. Dichtsystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Einsatzring (40) bündig mit der Zylinderfläche (2) abschließt.

20. Dichtsystem nach Anspruch 17 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Einsatzring (40) aus Poly­ oxymethylen (POM) besteht.