DE3842427A1

DE3842427A1 - Hydraulic seal

Info

Publication number: DE3842427A1
Application number: DE3842427A
Authority: DE
Inventors: Georg Kramm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1990-07-12

Abstract

The subject-matter of the invention is a hydraulic seal mounted in a radial groove and having a preloaded sealing ring, primarily intended for piston and piston-rod seals. The essential feature of the seal designed in accordance with the invention is that it has a back-up ring (7) resting under preload, by its pressure surface (8), on the side face (6) of the sealing ring (4). In the space bounded by the sealing ring and the tapered disc (12) of the back-up ring there is furthermore a clamping ring in contact with the sealing ring and the tapered disc (Figure 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine in einer Radialnut befestigte Hydraulikdichtung mit vorgespanntem Dichtring vorwiegend zur Kolben- und Kolbenstangenabdichtung.The invention relates to a fastened in a radial groove Hydraulic seal with a preloaded sealing ring mainly for Piston and piston rod seals.

Die an Hydraulikdichtungen (Kolben- und Kolbenstangenabdich tungen) gestellten hohen Anforderungen haben schon eine längere Zeit die Verbreitung von Dichtungskonstruktionen gefördert, die das Prinzip der Funktionsaufteilung ausnützen. Die Einhaltung des bei den Dichtungen so wichtigen und vorteilhaften Dich tungsautomatismus, d. h. die Anpressung der Dichtfläche ändert sich proportional mit dem Betriebsdruck, macht in vielen Fällen die Wahl eines Dichtungsmaterials zweckmäßig, dessen Material eigenschaften diesen Automatismus sichern. Solche Materialien - z. B. Gummi oder gummiartige Materialien - besitzen in den meisten Fällen nicht die besten tribologischen bzw. Gleiteigen schaften. Deswegen werden solche Materialien als Dichtring- bzw. Gleitringmaterial für Dichtungen genommen - z. B. PTFE und andere Kunststoffe -, die vorzügliche Gleiteigenschaften haben und deren Wärmebeständigkeit sehr gut ist. The high demands placed on hydraulic seals (piston and piston rod seals) have long promoted the spread of seal designs that take advantage of the principle of the division of functions. Adherence to the automatic sealing mechanism, which is so important and advantageous for the seals, ie the contact pressure on the sealing surface changes proportionally with the operating pressure, in many cases makes the choice of a sealing material useful, the material properties of which ensure this automation. Such materials - e.g. B. rubber or rubber-like materials - in most cases do not have the best tribological or sliding properties. Therefore such materials are used as sealing ring or sliding ring material for seals - e.g. B. PTFE and other plastics - which have excellent sliding properties and whose heat resistance is very good.

Diese Materialien sind aber solche, die meistens schon bei Raumtemperatur und bei höheren Temperaturen (auf 200-400°C) noch intensive Relaxationseigenschaften zeigen, sie "weichen der Belastung aus", d. h. der Anfangspressungsverlauf des Dichtringes ändert sich mit der Zeit und dieser Änderung zufolge verschlechtern sich die Abdichtparamater der Dichtung. Solche Dichtungen sind z. B. in den Bildern 6.26. und 6.29. des Buches E. Schmid: Handbuch der Dichtungstechnik, Expert Verl., 7031 Grafenau 1/Württ., 1981 zu sehen.These materials are, however, most of which are already included Room temperature and at higher temperatures (to 200-400 ° C) still show intensive relaxation properties, they "give way the stress from ", i.e. the initial stress history of the Sealing ring changes with time and this change according to the sealing parameters of the seal deteriorate. Such seals are e.g. B. in Figures 6.26. and 6.29. of Book E. Schmid: Handbuch der Dichtstechnik, Expert Verl., 7031 Grafenau 1 / Württ., 1981.

Die Dichtringe der bekannten Dichtungskonstruktionen sind nur in Radialrichtung vorgespannt, und demzufolge, da die Dicht ringe im allgemeinen aus solchen Kunststoffen hergestellt werden, die mehr oder weniger relaxieren, "weichen sie der Belastung aus". So ändert sich der bezüglich der Leckage der Dichtung so wichtige Anpreßdruck-Verlauf des Dichtrings mit der Zeit, und demzufolge werden sich auch die Dichtungsparame ter - z. B. Leckage - ändern, d. h. verschlechtern.The sealing rings of the known seal designs are only preloaded in the radial direction, and consequently, since the sealing rings are generally made of plastics which relax more or less, "they avoid the load". Thus, the contact pressure curve of the sealing ring, which is so important with regard to the leakage of the seal, changes over time, and consequently the sealing parameters - e.g. B. Leakage - change, ie deteriorate.

Das Ziel der Erfindung ist die Gestaltung von solchen Dich tungen, bei denen die Deformation des Dichtringes aufgehoben bzw. beträchtlich verringert wird und dadurch, die Änderung der Dichtungsparameter verringernd, eine größere Lebensdauer der Dichtung gesichert wird. Weiteres Ziel der Erfindung ist die Konzeption einer Dichtungskonstruktion, mit der es möglich ist, solche Materialien anzuwenden, die kaltfließen oder deren mechanische Widerstandsfähigkeit geringer ist, dabei aber noch hervorragende Gleiteigenschaften besitzen, weiterhin solche, die wärmebeständig sind bzw. bei höheren Temperaturen zum Relaxieren neigen.The aim of the invention is the design of such you in which the deformation of the sealing ring is canceled is significantly reduced and thereby, the change reducing the sealing parameter, a longer lifespan the seal is secured. Another object of the invention is the conception of a seal construction with which it is possible is to use such materials that flow cold or their mechanical resistance is lower, but still have excellent sliding properties, still those which are heat-resistant or at higher temperatures Tend to relax.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß das gesetzte Ziel nur mit einer Dichtung zu erreichen ist, deren Dichtring neben der radialen Vorspannung stets einer elastischen axialen Vorspannung ausgesetzt wird. Im Interesse dessen werden an einer oder beiden Seiten des Dichtringes Stützringe angebracht. Der Dichtring bzw. die kegelige Scheibe des Stützringes werden durch einen Spannring so gedrückt, daß der Dichtring (Gleitring) auf die Gleitfläche gepreßt wird und gleichzeitig der Stützring gegen die Seitenflächen des Dichtringes drückt.The invention is based on the knowledge that the set The goal can only be achieved with a seal, its sealing ring in addition to the radial preload, always an elastic axial one Bias is exposed. In the interest of being support rings attached to one or both sides of the sealing ring. The sealing ring or the tapered disc of the support ring pressed by a clamping ring so that the sealing ring (Sliding ring) is pressed onto the sliding surface and at the same time the support ring presses against the side surfaces of the sealing ring.

Die Dichtung ist in einer Nut montierbar, die - abhängig von der Ausbildung der Stützringe als Vollring oder aufgeschlitzter bzw. zweiteiliger Ring - eine einfache Radialnut oder eine mon tierbare Nut ist.The seal can be mounted in a groove, which - depending on the design of the support rings as a full ring or slit or two-part ring - is a simple radial groove or a mon animal groove.

Also das Wesentliche der Dichtung gemäß der Erfindung ist das, daß die Dichtung aus einem Dichtring und aus Stützringen (oder auch aus einem Stützring), die mit ihren Stirnflächen die Seitenflächen des Dichtringes drücken, sowie einem zwischen den kegeligen Scheibenflächen der Stützringe sich befindenden, mit den Scheibenflächen bzw. dem Dichtring in Berührung stehenden Spannring besteht. Die Stützringe können auch zweiteilig ausgebildet werden. In diesem Fall kann die kegelige Scheibe des Stützringes tellerfederähnlich aus Federstahl hergestellt sein.So the essence of the seal according to the invention is that the seal from a sealing ring and from support rings (or also from a support ring) with their end faces press the side surfaces of the sealing ring, and one between the conical disk surfaces of the support rings, in contact with the disc surfaces or the sealing ring standing clamping ring. The support rings can also be formed in two parts. In this case, the tapered Washer of the support ring similar to a spring washer made of spring steel be made.

Eine mögliche Konstruktion der der Erfindung entsprechenden Dichtung wird in einer Zeichnung gezeigt, woA possible construction of the one according to the invention Seal is shown in a drawing where

Bild 1 den Querschnitt der Dichtung, Figure 1 the cross section of the seal,

Bild 2 den Querschnitt des einteiligen Stützringes und Figure 2 shows the cross section of the one-piece support ring and

Bild 3 den Querschnitt des zweiteiligen Stützringes darstellen. Figure 3 shows the cross section of the two-part support ring.

Die Nut (3) für die Dichtung wird in den in dem Hydraulik zylinder (1) sich bewegenden Kolben (2) eingedreht. Die Dich tung besteht aus dem Dichtring (4), dem Spannring (9) und den Stützringen (oder Stützring) (7). Der Dichtring (4) wird an die Gleitfläche (5) des Zylinders gepreßt, gleichzeitig stützen sich auf seine Seitenflächen (6) die Stützringe (7).The groove ( 3 ) for the seal is screwed into the piston ( 2 ) moving in the hydraulic cylinder ( 1 ). The device consists of the sealing ring ( 4 ), the clamping ring ( 9 ) and the support rings (or support ring) ( 7 ). The sealing ring ( 4 ) is pressed against the sliding surface ( 5 ) of the cylinder, at the same time the support rings ( 7 ) are supported on its side surfaces ( 6 ).

In der Nut (3) befindet sich der Spannring (9), dessen Druckfläche (10) den Dichtring (4) auf die Gleitfläche (5) preßt, wobei seine Seitenflächen (11) die kegeligen Scheiben teile (12) der Stützringe (7) in Richtung der Seitenflanke der Nut (3) drücken; demzufolge funktioniert das Scheibenteil (12) des Stützringes (7) als ein zweiarmiger Hebel und seine Druckfläche (8) preßt sich auf die Seitenfläche (6) des Dicht ringes (4). Es verändert nicht die Wirksamkeit, wenn nur ein Stützring (7) eingesetzt wird und als Stützfläche an der anderen Seite sowohl für den Dichtring (4) als auch für den Spannring (9) die Seitenflanke der Nut (3) dient.In the groove ( 3 ) there is the clamping ring ( 9 ), the pressure surface ( 10 ) of which presses the sealing ring ( 4 ) onto the sliding surface ( 5 ), its side surfaces ( 11 ) sharing the conical disk parts ( 12 ) of the support rings ( 7 ) press in the direction of the side flank of the groove ( 3 ); consequently, the disc part ( 12 ) of the support ring ( 7 ) functions as a two-armed lever and its pressure surface ( 8 ) presses onto the side surface ( 6 ) of the sealing ring ( 4 ). The effectiveness does not change if only one support ring ( 7 ) is used and the side flank of the groove ( 3 ) is used as a support surface on the other side for both the sealing ring ( 4 ) and for the clamping ring ( 9 ).

Der Stützring (7) kann als ein Vollring oder auch als ein aufgeschlitzter bzw. zweiteiliger Ring gestaltet werden, wobei der Kranz mit der Druckfläche (8) z. B. aus Kunststoff, das kegelige Scheibenteil (12) z. B. aus Federmetall hergestellt und tellerfederähnlich ausgebildet werden.The support ring ( 7 ) can be designed as a full ring or as a slit or two-part ring, the ring with the pressure surface ( 8 ) z. B. made of plastic, the conical disc part ( 12 ) z. B. made of spring metal and formed like a plate spring.

Im Falle des in dem Beispiel gezeigten Dichtringes wird die Mantelfläche des Dichtringes (4) an die Gleitfläche (5) gepreßt und die Nut (3) der Dichtung ist im sich bewegenden Maschinenelement eingebracht. Gegebenenfalls kann es aber vorteilhaft sein, wenn die Dichtung in dem stehenden Zylinder sich befindet - wie es der Fall der Kolbenstangenabdichtungen ist -, d. h. dann kommt die Innenmantelfläche des Dichtringes (4) mit der Gleitfläche (5) in Berührung. In diesem Fall umgibt der Spannring (9) von außen den Dichtring (4) und natürlicher weise wird der Stützring (7) auch umgekehrt eingebaut. In the case of the sealing ring shown in the example, the outer surface of the sealing ring ( 4 ) is pressed against the sliding surface ( 5 ) and the groove ( 3 ) of the seal is made in the moving machine element. If necessary, however, it can be advantageous if the seal is located in the upright cylinder - as is the case with piston rod seals - ie the inner surface of the sealing ring ( 4 ) comes into contact with the sliding surface ( 5 ). In this case, the clamping ring ( 9 ) surrounds the sealing ring ( 4 ) from the outside and, of course, the support ring ( 7 ) is also installed the other way round.

Es ist im Bild 1 zu sehen daß der Dichring (4) der Dichtung durch die Stützringe (7), den Spannring (9) und die Gleit fläche (5) lückenlos umschlossen ist. Der radiale Anpreßdruck verursacht die Minderung der Wanddicke des Dichtringes und diese Wanddickenminderung wird durch die elastisch vorgespann ten Stützringe (7) verringert bzw. - bei höherer axialer Vorspannung - kompensiert. Durch Änderung der von dem Stützring (oder den Stützringen) (7) ausgeübten Axialkraft bzw. axialen Druckspannung ist der Spannungszustand des Dichtringes (4) zu ändern. Natürlich können hier auch die Anpresswinkel γ ₁ und γ ₂ (s. Bild 4) eine nicht vernachlässigbare Rolle spielen. Wenn die axiale Vorspannung größer als die im Einbauzustand vorhandene radiale Anpressung gewählt wird, d. h. der Dichtring (4) in axialer Richtung intensiver gedrückt wird als in Radial richtung, so wird er gezwungen dicker zu werden. So wird es möglich, den wegen der Bewegung des Dichtringes (4) und der im allgemeinen unzulänglichen Schmierungsverhältnisse - es ist keine Flüssigkeitsreibung sondern nur noch Mischreibung vorhan den - auftretenden Verschleiß zu kompensieren, d. h. die Minde rung der Wanddicke wird verhindert oder zumindest verringert. Im Betriebszustand ändert sich - wegen der Drucksuperposition - das Verhältnis zwischen dem axialen und radialen Druck nicht grundlegend. It can be seen in Figure 1 that the sealing ring ( 4 ) of the seal by the support rings ( 7 ), the clamping ring ( 9 ) and the sliding surface ( 5 ) is completely enclosed. The radial contact pressure causes the reduction in the wall thickness of the sealing ring and this reduction in wall thickness is reduced by the elastically preloaded support rings ( 7 ) or - with higher axial preload - compensated. The state of tension of the sealing ring ( 4 ) must be changed by changing the axial force or axial compressive stress exerted by the support ring (or the support rings) ( 7 ). Of course, the contact angles γ ₁ and γ ₂ (see Fig . 4) can also play a non-negligible role here. If the axial preload is selected to be greater than the radial contact pressure in the installed state, ie the sealing ring ( 4 ) is pressed more intensively in the axial direction than in the radial direction, it is forced to become thicker. This makes it possible to compensate for the wear that occurs because of the movement of the sealing ring ( 4 ) and the generally inadequate lubrication conditions - there is no fluid friction but only mixed friction - that is, the reduction in wall thickness is prevented or at least reduced. In the operating state - because of the pressure superposition - the relationship between the axial and radial pressure does not change fundamentally.

Die radiale Dicke der an den Dichtring (4) anliegenden Druck fläche (8) des Stützringes (7) soll zweckmäßigerweise die Wand dicke des Dichtringes (4) übersteigen oder mindestens erreichen.The radial thickness of the adjacent to the sealing ring (4) pressure surface (8) of the support ring (7) is intended advantageously, the wall thickness of the sealing ring (4) exceed or reach a minimum.

Falls der Spannring (9) wegen der Sicherung des Dichtungs automatismus aus Gummi oder anderen zur Quellung neigenden Materialien gerfertigt ist, muß darauf acht gegeben werden, daß die Gesamtquerschnittoberfläche mindestens um die der Quellung des Materials entsprechenden Maße kleiner als der Nut querschnitt ist. Der Spannring (9) wird zweckmäßig so gestal tet, daß die Änderung des Anpreßdruckes, die wegen der infolge des Betriebsdruckes entstehenden Deformation zustandekommt, zu einem größeren Druckgradienten auf der druckbeaufschlagten Seite beiträgt. So wird die Leckage der Dichtung niedriger bzw. günstiger.If the clamping ring ( 9 ) is made of rubber or other materials with a tendency to swell because of the securing of the sealing mechanism, care must be taken that the total cross-sectional surface is at least smaller than the groove cross-section by the dimensions corresponding to the swelling of the material. The clamping ring ( 9 ) is appropriately designed so that the change in contact pressure, which occurs due to the deformation resulting from the operating pressure, contributes to a larger pressure gradient on the pressurized side. This will make the seal leakage lower or cheaper.

Die Stützringe (7) sind aus einem Material zu fertigen, die der Spaltextrusion, dem Eindringen in den Spalt zwischen dem Kolben (2) und Zylinder (1), gut widerstehen. Falls die Elastizität des gewählten Materials bezüglich der axialen Vorspannkraft auch entsprechend ist, können die Stützringe (7) - wie es auch im Bild 2. dargestellt ist - aus einem Material einteilig hergestellt werden. Ansonsten können sie auch aus zwei Teilen, mit tellerfederähnlichen Federn (siehe Bild 3.) gefertigt werden. The support rings ( 7 ) are to be made of a material that can withstand the gap extrusion, the penetration into the gap between the piston ( 2 ) and cylinder ( 1 ). If the elasticity of the selected material is also appropriate with regard to the axial preload, the support rings ( 7 ) - as also shown in Figure 2 - can be made in one piece from one material. Otherwise, they can also be made from two parts with springs similar to disc springs (see Figure 3).

Bei der Montage drückt der Spannring (9) die von der Seitenwand (3) der Nut ansonsten abstehende kegelige Scheibe (12) an die Nutwand, und - als ein Winkelhebel funktionierend - sichert er so die elastische axiale Vorspannung.During assembly, the clamping ring ( 9 ) presses the conical disk ( 12 ), which otherwise protrudes from the side wall ( 3 ) of the groove, against the groove wall, and - functioning as an angle lever - thus secures the elastic axial preload.

Die wichtigsten Vorteile der gemäß der Erfindung hergestell ten Dichtung können so zusammengefaßt werden, daß es durch ihre Anwendung möglich wird die Deformation des Dichtringes im beträchtlichen Maße zu vermindern, die Lebensdauer zu erhöhen, weiterhin solche Materialien als Dichtungswerkstoff zu verwen den, die zwar ausgezeichnete Gleiteigenschaften, jedoch nicht ausreichende Festigkeit haben und auch solche, die relaxieren.The main advantages of the manufactured according to the invention th seal can be summarized so that it through their Deformation of the sealing ring in the application becomes possible diminish considerably, increase lifespan, continue to use such materials as sealing material the one that has excellent sliding properties, but not have sufficient strength and also those that relax.

Claims

1. Preloaded, built-in a groove hydraulic seal with a sealing ring, primarily for piston and piston rod seals, characterized in that it consists of a sealing ring ( 4 ) and on its side surface or surfaces ( 6 ) with its pressure surface ( 8 ) located overlying supporting ring or supporting rings (7), as well as from that in the by the sealing ring (4) and of the conical disc (12) of the support ring confined space remaining with the sealing ring (4) and the supporting ring disc (12) in contact with the clamping ring (9 ) consists.

2. Seal according to claim 1, which is characterized in that the outer surface of the clamping ring ( 9 ) with the inner surface of the sealing ring ( 4 ) is in contact.

3. Seal according to claim 1, which is characterized in that the clamping ring ( 9 ) is biased and its inner surface is in contact with the outer surface of the sealing ring.

4. Seal according to one of claims 1-3, characterized in that the support ring or the support rings ( 7 ) is or are slotted or in two parts, its conical - advantageously made of spring steel - washer is a specially designed disc spring.