DE3935314A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für einen axial-be­ weglichen Kolben, dessen Dichtungsträger mit seinem Endbereich einer­ seits infolge Druckbeaufschlagung an seiner Außen- und Innenmantel­ fläche vorhandene Dichtspalte verringert und andererseits einen Dichtring zwischen seiner Außenmantelfläche und der benachbarten Gehäusewand aufweist.

Aus der EP 02 71 683 A2 ist eine Dichtung für ein extrem hohes hydraulisches Drucksystem, beispielsweise bei Waffen mit einer Flüssigtreibladung bekannt. Ein sog. Füllkolben stützt dabei einen in der Gegenrichtung axial-beweglichen Kolben für die regenerative Einspritzung einer flüssigen Treibladung ab und besitzt einen Kolben­ mantel, der durch einen an der Innenmantelfläche geringeren Druck gegenüber einem an der Außenmantelfläche herrschenden Druck radial zum Füllkolben gezogen wird. Dadurch tritt eine Verringerung des Dichtspaltes ein. Über eine gesonderte Steuerung der Druckverhält­ nisse ist eine Beeinflussung der Größe des Dichtspaltes möglich. An der Außenmantelfläche ist ein mit der Gehäusewandung in Wirkver­ bindung stehender Dichtring angeordnet.

Mit dieser bekannten Dichtung soll bei Hochdruckbehältern mit sehr hohen Drücken das Problem beseitigt werden, daß die eingesetzten Dichtelemente einer möglichen Gehäusedehnung nicht folgen können oder bei zu großem druckabhängigen Spalt zwischen der Gehäusewand und einem Dichtungsträger in den Spalt extrudiert werden.

Speziell bei Rohrwaffen mit flüssigen Treibmitteln, die nach dem regenerativen Einspritzverfahren arbeiten, wird durch den Differen­ tialkolben im Ladungsraum des Treibstoffes ein sehr hoher Flüssig­ keitsdruck erzeugt, der nach außen gegenüber dem Umgebungsdruck abgedichtet werden muß.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sichere Abdichtung von Räumen in Hochdruckbe­ hältern gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruches 1 gelöst. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind den Unteransprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.

Unter dem hohen Druck in Räumen von Hochdruckbehältern, die durch einen Kolben voneinander getrennt werden, kann sich das Gehäuse soweit aufweiten, daß eine gute Abdichtung im Normalfall nicht mehr gewährleistet ist. Um diese unzulässig großen Dichtspalte zu ver­ meiden, wird in vorteilhafter Weise nach dem Erfindungsgedanken eine Anordnung von Ringnuten auf dem Dichtungsträger so vorgenommen, daß diese in bezug auf die Innen- und Außenmantelfläche axial zu­ einander versetzt angeordnet sind. Aufgrund der asymmetrischen Druck­ verteilung wird der Dichtungsträger um ein gewisses Maß aufgeweitet, welches aus dem Axialversatz der beiden Ringnuten zueinander und dem anstehenden Druck resultiert. Der Dichtungsträger folgt somit dem sich aufweitenden Gehäuse, wodurch der schädliche Dichtspalt verringert wird.

Um die auftretenden Dichtspalte in Hochdruckbehältern, auch bei solchen mit nachgeführtem Dichtungsträger, überbrücken zu können, müssen die Dichtelemente dem sich radial aufweitenden Gehäuse nachge­ führt werden. Bei sehr hohem Druckanstiegsgradienten ist das Dicht­ element bzw. der Dichtungskörper im Regelfall nicht mehr in der Lage, durch die vorhandene eigene Vorspannung die Dichtfunktion im klassischen Sinne eines Kolbenringes zu übernehmen. Durch die aus dem Kolbenmotorenbau üblichen Passungspaarungen ist eine Umspü­ lung des Dichtungskörpers in der Kolbennut bei hohen Druckanstiegs­ gradienten und die daraus resultierende Anpreßkraft des Dichtungs­ körpers an die Zylinderwand, nicht mehr gewährleistet. Die Drosse­ lung im verbleibenden Spalt zwischen der Nut im Kolben oder im Dich­ tungsträger und dem Dichtungskörper gegenüber dem anströmenden Medium ist so groß, daß der Dichtungskörper in die Nut gedrückt wird und das Medium über die Dichtung hinweg strömen kann. Eine von den übli­ chen Auslegungsrichtlinien abweichende erfinderische Vergrößerung des Spaltes auf der druckbeaufschlagten Seite des Dichtungskörpers bis auf 30% der axialen Breite sorgt hier für eine einwandfreie Funktion des Dichtungskörpers. Dabei empfiehlt sich ferner entspre­ chend den weiteren Merkmalen nach den Neben- und Unteransprüchen, auf der druckbeaufschlagten Seite einen Dichtungskörper in gewellter Form einzubringen, weil der Dichtungskörper in der größeren Nut so in seiner Vorzugslage fixiert werden muß.

Im allgemeinen werden die inneren und die äußeren Dichtungskörper unterschiedliche Leckraten aufweisen. Größere Leckraten können damit zu einer asymmetrischen Druckbeaufschlagung der Zone vom Dichtungs­ körper abwärts führen. Um dies zu vermeiden, wird axial nach den Dichtungskörpern eine Zone mit Kammern ausgestattet, die eine be­ stimmte Leckagemenge aufnehmen können. Diese einzelnen Kammern oder auch Ringkammern können wiederum ihrerseits durch Bohrungen unter­ einander in Verbindung stehen. Darüber hinaus können die Bohrungen oder auch die Kammern mit Leckleitungen verbunden sein, die aus dem Dichtungsträger herausführen. Solche Querbohrungen bewirken bei asymmetrischen Überströmvorgängen zum einen eine optimale Nutzung der Kammervolumen, und zum anderen verhindern sie eine mechanische Überlastung durch einseitige Druckbeaufschlagung.

In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Dichtungskörper in einem Gehäuse im Halbschnitt;

Fig. 2 einen Dichtungskörper besonderer Bauart im Schnitt;

Fig. 3 eine Darstellung der Druckverhältnisse um den Dichtungs­ körper nach Fig. 1.

In einem Gehäuse 1 einer Rohrwaffe mit flüssigen Treibmitteln befin­ det sich auf einer Seelenachse ein Kaliberteil 3. Zwischen der äuße­ ren Mantelfläche 4 des Kaliberteiles 3 und der inneren Mantelfläche 5 des Gehäuses 1 ist ein ringförmiger Zylinderraum 6 geschaffen, in dem ein Kolben 7 axial-beweglich eingesetzt ist. Zwischen dem Kolben 7 und dem Gehäuse 1 ist ein äußerer Dichtungsträger 8 angeordnet. Ein im wesentlichen gleichgestalteter, strichpunktiert in seinen Konturen dargestellter innerer Dichtungsträger 2 befindet sich zwischen dem Kolben 7 und dem Kaliberteil 3.

In der Außenmantelfläche 9 des äußeren Dichtungsträgers 8 ist eine Ringnut 10 vorgesehen. Im axialen Abstand zu dieser Ringnut 10 ist im Dichtungsträger 8 eine weitere Ringnut 11 eingebracht.

Die Innenmantelfläche 12 des Dichtungsträgers 8 weist ebenfalls eine Ringnut 13 auf. Auch hier kann sich im axialen Abstand eine weitere Ringnut 14 anschließen. Während die beiden Ringnuten 11 und 14 in bekannter Weise in gleicher Querschnittsebene angeordnet sein können, besteht zwischen den Ringnuten 13 und 10 ein axialer Abstand. In den Ringnuten 10, 11, 13 und 14 befinden sich jeweils Dichtungskörper 15, 16, 17 und 18.

Auf der druckbeaufschlagten Seite 36 des Dichtungsträgers 8 befindet sich zwischen dem Dichtungskörper 15, bzw. 17 und der zugeordneten vorderen axialen Ringwand 19 bzw. 21 ein um bis zu 30% größerer Ringspalt 23 bzw. 25 als die axiale Breite des jeweiligen Dichtungs­ körpers ist. Dadurch wird ein sicheres Einströmen des Mediums in die jeweilige Ringnut 10 bzw. 13 bis radial unter den Dichtungskörper erzielt und somit eine stets gleichbleibend gute und sehr schnell eintretende Abdichtung zwischen den Dichtungskörpern und der jeweils gegenüberliegenden Dichtungsfläche erreicht.

In gleicher Weise können die Ringnuten 11 und 14 vergrößerte Ring­ spalte 24 und 26 zwischen den Dichtungskörpern 16 und 18 und der jeweils vorderen axialen Ringwand 20 und 22 aufweisen.

Die Dichtungskörper 15 und 17 können statt der dargestellten, glatte einfachen Ringbauweise auch wellenförmig oder segmentiert 38 gestaltet sein, wie dies Fig. 2 im Schnitt für den in einer Ebene aufgezeich­ neten Ringspalt 23, 25 zeigt. Mit 37 ist die Schulter des äußeren Dichtungsträgers 8 bezeichnet. Solche Ringspalte 23, 25 haben die Funktion, daß bei Druck von der Seite 36 gegen die Dichtungskörper 15, 17 das Medium gut einfließen kann, ohne über die Ringspalte 23, 25 hinwegzuströmen. Die Dichtungskörper 15, 17 werden somit radial und axial gut zur Dichtanlage gebracht, wobei der Druckaufbau sehr schnell erfolgt.

Zwischen den axial beabstandeten Ringnuten 10 und 11 sowie 13 und 14 befinden sich einzelne Kammern 27 und 28, die durch eine Quer­ bohrung 29 miteinander in Verbindung stehen. An diese Querbohrung 29 schließt eine Leckleitung 30 an, die aus dem Dichtungsträger 8 herausführt. Statt einzelner Kammern 27 und 28 sind auch eine oder mehrere Ringkammern (nicht gezeigt) möglich.

In Fig. 3 ist ein Druckdiagramm 31 rund um den äußeren Dichtungs­ träger 8 gemäß Fig. 1 dargestellt. Aus diesem Druckdiagramm ist die Druckverteilung 31 um den Dichtungsträger 8 bis zu dem vorderen Dichtungskörper 15, 17 erkenntlich. Dazu ist in Fig. 3 die Radial­ verschiebung in Funktion zur axialen Ausdehnung eingezeichnet. Auf der senkrechten Koordinate 32 ist dabei die Radialverschiebung des Gehäuses 1 und des Dichtungsträgers 8 aufgetragen, während auf der waagrechten Koordinate 33 die axiale Ausdehnung gemessen ist. Die Kurve 34 zeigt dabei die Radialverschiebung in Funktion zur axialen Ausdehnung 33 für die Außenmantelfläche des Dichtungsträgers 8. Die Kurve 35 stellt die Radialverschiebung in Funktion zur axialen Ausdehnung für die Innenmantelfläche 5 des Gehäuses 1 dar.

Claims (8)

1. Dichtungsanordnung für einen axial-beweglichen Kolben, mit zumin­ dest einem Dichtungsträger der mit seinem Endbereich einerseits infolge einer Druckbeaufsichtigung an seiner Außen- und Innen­ mantelfläche vorhandene Dichtspalte verringert und andererseits einen Dichtring zwischen seiner Außenmantelfläche und der benach­ barten Gehäusewand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsträger (8) an seiner Außen- und Innenmantelfläche (9, 12) Ringnuten (10, 13) für die Aufnahme von Dichtungskörpern (15, 17) aufweist, die axial versetzt zueinander angeordnet sind.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (10) im Außenmantel (9) zu der Ringnut (13) im Innenmantel (12) des Dichtungsträgers (8) axial derart versetzt angeordnet ist, daß der Druck am Endbereich des Innenmantels (12) des Dichtungsträgers (8) über eine längere axiale Ausdehnung wirkt als an dem Außenmantel (9).

3. Dichtungsanordnung für einen axial-beweglichen Kolben mit einem hohlzylindrischen Dichtungsträger, der an seiner Außen- und Innen­ mantelfläche Ringnuten für die Aufnahme von Dichtungskörpern besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der druckbeaufschlagten Seite zwischen den Dichtungs­ körpern (15, 17) und einer Seitenwand (19, 21) der Ringnuten (10, 13) vergrößerte Luftspalte (23, 25) vorgesehen sind.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Dichtungskörper (15, 17) auf der druckbeauf­ schlagten Seite umlaufend gewellt oder segmentiert ist.

5. Dichtungsanordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutfläche (36) der druckbeaufschlagten Ringnut (10, 13) wahlweise gewellt oder segmentiert ist.

6. Dichtungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den axial beabstandeten Ringnuten (10, 13) wahlweise einzelne umfangsverteilte Kammern (27, 28) oder eine oder mehrere Ringkammern (27, 28) vorgesehen sind.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (27, 28) durch Bohrungen (29) miteinander verbun­ den sind.

8. Dichtungsanordnung nach den Ansprüchen 8 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (27, 28) und/oder die Ringkammern (27, 28) und/oder die Bohrungen (29) mit Leckleitungen (30) verbunden sind, die aus dem Dichtungsträger (8) herausgeführt sind.