DE3939463A1 - Druckabdichtungsvorrichtung fuer den abstand zwischen zwei koaxialen zylindrischen flaechen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abdichtung zwischen einer im wesentlichen zylindrischen äußeren Fläche eines Körpers und einer ihn koaxial umgebenden und im wesentlichen zylindrischen Wandfläche gegen den Druck eines Mediums, insbesondere den Druck einer hydraulischen Flüssigkeit, welche auf der einen Seite der Vorrichtung mit einem höheren Druck wirkt als auf der anderen. Eine derartige Abdichtung besteht aus einer in einer der Flächen ausgebildeten Umfangsnut, in welche zumindest ein mit einem Schlitz versehener Dichtungsring eingesetzt wird, der elastisch und abdichtend die andere Fläche mit seiner Randfläche verbindet, welche radial gegenüber der Umfangsnut liegt. Die eine und die andere Fläche sind untereinander statisch und/oder drehbar und/oder axial bewegbar und mit verhältnismäßig großem radialen Spiel angeordnet. Ein schlitzloser Stützring ist auf der Niederdruckseite des geschlitzten Dichtungsringes vorgesehen.

Es ist seit langem bekannt, eine Abdichtung zwischen einem drehbaren und/oder verschiebbaren zylindrischen Körper, wie beispielsweise einem Kolben oder einer Betätigungsstange, in Bezug auf eine diesen umgebende Wandfläche oder eine Bohrung oder eine sonstige Öffnung in einem Maschinengehäuse oder ähnlichem durch geschlitzte Dichtungsringe herzustellen. Selbstverständlich wurden Versuche unternommen, die Breite des Schlitzes in seiner befestigten Stellung auf einen absoluten Minimalwert zu verringern, jedoch verbleibt noch immer ein schmaler Abstand zwischen den Ringenden. Selbst bei Verwendung von mehreren geschlitzten, dicht zueinander angeordneten Ringen läßt sich ein Lecken durch die Ringschlitze nicht vollständig vermeiden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn äußerst hohe hydraulische Drücke in einem Größenbereich von 500 Bar und mehr entstehen. Bei gewissen Anwendungen ist es nämlich von entscheidender Bedeutung, daß bei einer Dichtung dieser Art absolut kein merkbares Lecken auftritt, zum Beispiel, wenn es darum geht, eine Last mittels einer hydraulischen Hebevorrichtung über längere Zeit auf einem konstanten Niveau zu halten.

Überdies muß eine Druckmediumsleitung manchmal beispielsweise mit einer auf sie auftreffenden weiteren Druckleitung in einem Winkel zu dieser drehbar verbunden werden. In Abhängigkeit von dem Druck des Mediums in den Leitungen und der Art der konstruktiven Auslegung des drehbaren Verbindungsstückes zwischen der Leitung ist eine Vielzahl verschiedener Vorschläge für Abdichtungsvorrichtungen bekannt, welche ein Lecken des Mediums aus dieser Verbindung heraus verhindern sollen. In den meisten Fällen reichen auch bei hohen Mediumsdrücken verhältnismäßig einfache Ringdichtungen aus, wenn die geometrischen Bedingungen der drehbaren Verbindung zwischen den Leitungen günstig sind. Als Beispiel hierzu wird auf die SE-B-3 20 269 Bezug genommen. In dieser Schrift ist eine Axialkolbenmaschine der sogenannten Joch-Art dargestellt, bei der ein jeder Schenkel des Joches über Drehstifte auf einem Drehstiftkörper, in dessen Stiften Mediumsdurchgänge vorgesehen sind, drehbar verbunden ist. In der drehbaren Verbindung zwischen Jochschenkel und Drehstift sind winklige Dichtungsvorrichtungen (40) angeordnet, die einen jeden Drehstift (15) umgeben und auf die entsprechende Jochschenkelwandfläche wirken. Diese Art von Dichtung ist noch verhältnismäßig unkompliziert, da sich die Drehachse für die Jochschenkel sehr genau in Einklang mit der Mittelachse der Drehstifte (15) bringen läßt.

Wenn sich jedoch der letztgenannte Zustand schwer festlegen läßt, wenn beispielsweise ein Jochschenkel drehbar auf einem als rohrförmige Welle ausgebildeten Drehstift angeordnet werden soll, wobei dann das Risiko besteht, daß die Mittelachse der Welle und die Öffnung des Jochschenkels möglicherweise geringfügig seitlich versetzt sind, kann eine derartige bekannte Dichtungsring­ vorrichtung nicht verwendet werden, insbesondere in Verbindung mit derartig hohen Mediumsdrücken von mehreren hundert Bar, wie sie beispielsweise in den genannten Axialkolbenmaschinen auftreten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsvorrichtung der voranstehend erwähnten Art verfügbar zu machen, welche sowohl axiale als auch winklige sowie gleichfalls radiale Bewegungen ermöglicht. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die oben erwähnte seitlich versetzte Stellung der Mittelachsen einer drehbaren Verbindung der voranstehend erwähnten Art aufnehmen kann. Die Erfindung zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß der Haltering nicht geschlitzt ist und mit geringstmöglichem Spiel zur anderen Fläche angeordnet ist, wobei der Haltering sich außerdem über eine Länge in der in der einer Fläche ausgebildeten Umfangsnut erstreckt, während der geschlitzte Dichtungsring aufgrund des radialen Abstandes zwischen den zylindrischen Flächen ein erforderliches großes Spiel zum Boden der Umfangsnut hat.

Durch die Erfindung wird es nunmehr möglich, daß im Falle eines Druckkolbens, der axial bewegbar in einer ihn umgebenden Öffnung angeordnet ist und an seiner Umfangsfläche mit einer Nut mit darin eingepaßten geschlitzten Dichtungsringen versehen ist, die bis vor kurzem erforderliche Präzisionsbearbeitung des Kolbenkopfes entfallen kann und die übliche Grobbearbeitung, bei der vergleichsweise großes radiales Spiel in Bezug auf die den Kolben umgebende Wand der Öffnung entsteht, angewendet werden kann. Im Fall von drehbaren Rohrverbindungen lassen sich derartige Herstellungstoleranzen, die auf Abweichungen in den Anordnungen der Mittelachsen der rohrförmigen Welle und der Leitungsöffnung zurückzuführen sind, von der Dichtungsvorrichtung aufnehmen und eine befriedigende Dichtungswirkung mit absolut minimalem Lecken auch bei hohen Mediumsdrucken in einem Größenbereich von bis zu 500 Bar kann erzielt werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung, wie sie in einer Kolbenvorrichtung verwendet wird, die mit großen radialen Spiel in einer sie umgebenden Zylinderöffnung angeordnet ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, einer Axialkolbenmaschine, bei der die Erfindung verwendet wird, und

Fig. 3 einen Längsschnitt einer Stützwelle des Jochschenkels, auf der die erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung angeordnet ist.

In Fig. 1 ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung offenbart. In einer Zylinderbohrung 101 ist ein Kolbenteil 102 mit großem radialen Spiel in Bezug auf die Wand der Bohrung angeordnet, wodurch das Kolbenteil 102 sich etwas in Querrichtung zur Bohrung verschieben läßt. Bei derartigen Bewegungen liegen die Mittelachsen der Bohrung 101 und des Kolbens 102 nicht immer vollständig übereinander, sondern sind manchmal leicht seitlich versetzt. Es ist möglich, das Kolbenteil 102 fest in der Bohrung 101 anzubringen, üblicherweise jedoch ist dieses Teil darin axial beweglich und/oder um seine eigene Längsachse darin drehbar angeordnet. An dem Ende des Kolbenteils 102, der einem Druckmedium in der Bohrung 101 zugewandt ist, befindet sich eine Umfangsnut 43, in der zumindest ein radial geschlitzter Dichtungsring 42, vorzugsweise aus Metall, sitzt, welcher mit seiner äußeren Umfangsoberfläche elastisch in die Wand der Bohrung 101 eingreift und ein erforderliches großes Maß an radialem Spiel zum Boden der Umfangsnut 43 aufgrund des Spieles zwischen dem Kolbenteil und der Wand der Bohrung aufweist. Auf der der Druckseite A gegenüberliegenden Seite des Dichtungsringes 42, also der Seite B mit niedrigem Druck, ist erfindungsgemäß ein Haltering 45 angeordnet, der nicht geschlitzt ist und geringstmöglichsten Abstand zur ihn umgebenden Wand der Bohrung hat. Der Haltering 45 ragt ebenfalls radial über eine Länge in die Umfangsnut 43 hinein. Üblicherweise werden zwei oder drei nebeneinander befindliche geschlitzte Dichtungsringe verwendet, jedoch selbst wenn die Schlitze der einzelnen Ringe nicht zusammenliegen, sondern am Umfang verteilt angeordnet sind, läßt sich ein gewisser Durchfluß von hydraulischem Medium, insbesondere bei hydraulischen Drucken von 200-500 Bar, nur durch die Anbringung eines nichtgeschlitzten Halteringes 45 vermeiden. Auf diese Weise ist der letztgenannte Haltering 45 von entscheidender Bedeutung für die zuverlässige und vorteilhafte Funktion der Erfindung. Auf der Hochdruckseite A des Dichtungsringes 42 kann, falls erwünscht, ein Sperring 44 angeordnet werden. Es muß in diesem Zusammenhang hervorgehoben werden, daß das beschriebene Prinzip sich auch in seiner technischen Umkehrung verwenden läßt, nämlich unter Anordnung der Dichtungsringe 42 und des Halteringes 45 in einer Umfangsnut 43 in der Bohrung 101, die dann gegen ein glattes Kolbenteil 102 oder eine glatte Welle wirken.

Obgleich sich für die Erfindung eine Anzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten bieten, wird die Erfindung an dieser Stelle lediglich im Zusammenhang ihrer Verwendung in einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine mit veränderbarem Hubraum beschrieben. Wie aus den Fig. 2 und 3 der Zeichnung hervorgeht, besteht eine derartige Maschine aus einer Zylinderbüchse 1, die drehbar in einem Joch 2 angeordnet ist. Wie bereits bekannt ist, weist diese Büchse 1 eine Vielzahl von an ihrem Umfang im Abstand zueinander angeordneten Zylindern mit zur Auf- und Abbewegung darin angeordneten Kolben auf. Ein jeder Kolben ist fest an der mit ihm verbundenen Kolbenstange befestigt und vorzugsweise einstückig mit dieser ausgeführt, wobei das andere Ende der Kolbenstange kugelförmig ist und auf bekannte Art und Weise in einer Antriebsscheibe gelagert ist, die fest mit einer Maschinenwelle 8 verbunden ist. Über einen Schenkel 2 a ist das Joch in einem Gehäuse 10 der Maschine derart gelagert, daß das Joch um eine Querachse A-A durch die Mitte der Führungsscheibe hin- und herschwingbar ist und zwar mittels einer Einstellvorrichtung 11 zur Änderung des Hubraumes und in diesem Falle auch zur Umschaltung der Funktionsweise der Maschine zwischen Pumpe und Motor. Im Joch 2 und dem Maschinengehäuse 10 ist überdies auf übliche Weise ein Paar Verbindungsleitungen 12, 13 für ein hydraulisches Medium angeordnet.

Der andere Schenkel des Joches 2 entfällt in der erfindungsgemäßen Konstruktion vollständig und ist durch ein Führungsteil 14 ersetzt, welches auf dem oberen oder mittleren Abschnitt 2 b des Joches befestigt ist, wobei dieses Führungsteil in einer gekrümmten Führungsbahn im Maschinengehäuse in einer Ebene senkrecht zur Drehachse A-A des Joches 2 verläuft. Die eine Verbindungsleitung 12 für das hydraulische Medium zur Zylinderbüchse 1 ist auf bekannte Art und Weise in dem Jochschenkel 2 a vorgesehen, während die andere Leitung durch den Hohlraum 13 im Maschinengehäuse 10 gebildet wird.

Die Verbindungsleitung 12 für ein hydraulisches Medium, die zum Joch 2 über dessen Schenkel 2 a führt, besteht aus einem ringförmigen Leitungsabschnitt 12 a, der koaxial mit der Drehachse A-A des Joches verläuft. Nach außen ist dieser Abschnitt durch ein rohrförmiges Glied 26 bestimmt, das mit dem Maschinengehäuse 10 verbunden ist, und im Inneren wird dieser ringförmige Leitungsabschnitt durch eine Jochstützwelle 27 gebildet, wobei diese Welle auch mit dem Gehäuse 10 verbunden ist und an ihrem freien Ende eine kreisförmige Endplatte 28 aufweist. Der Durchmesser dieser Platte entspricht im wesentlichen dem Außendurchmesser des rohrförmigen Gliedes 26 und ist in einem Abstand zu dem freien Ende dieses Gliedes 26 angeordnet, welcher im wesentlichen dem Querschnittsmaß der Leitung 12 in Richtung der Drehachse A-A entspricht. In diesem Fall ist der Schenkel 2 a des Joches drehbar in einer Queröffnung 41 durch das rohrförmige Glied 26 und durch die Endplatte 28 der Welle gestützt und über Dichtungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung dagegen abgedichtet.

Im einzelnen besteht die Dichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung aus Dichtungseinrichtungen in der Form von zumindest einem radial geschlitzten Dichtungsring 42 aus Metall, der mit seiner äußeren Umfangsoberfläche elastisch in die Wand der Queröffnung 41 im Schenkel 2 a eingreift. Der Dichtungsring 42 ist mit innerem radialen Spiel in einer Ringnut 43 angeordnet, welche in der äußeren Oberfläche der rohrförmigen Welle 26, 28 ausgebildet ist. In der Ringnut befindet sich weiterhin ein Sperring 44 auf der Seite des Dichtungsringes 42, welche der Leitung 12 im Schenkel 2 a gegenüberliegt, während auf der anderen Seite des Dichtungsringes 42 ein nichtgeschlitzter Stützring 45 sitzt. Dieser Stützring 45 drückt mit seiner äußeren Umfangsfläche gegen die Wand der Queröffnung 41 im Schenkel 2 a und ragt radial über eine Länge nach innen in die Ringnut 43 in der rohrförmigen Welle 26, 28. Aufgrund der Tatsache, daß der Dichtungsring 42 in der Öffnung 41 mit radialem Spiel nach innen gegen den Boden der Ringnut 43 angeordnet ist, während gleichzeitig der nicht­ geschlitzte Stützring 45 ebenfalls in die Wand der Queröffnung eingreift, jedoch radial über eine Länge nach innen in die Ringnut 43 der rohrförmigen Welle ragt, kann die Vorrichtung seitliche Verdrängungen oder nichtzusammenfallende Stellungen der Achsen der rohrförmigen Welle 26, 28 und der Öffnung 41 im Schenkel 2 a aufnehmen.

Um eine befriedigende Dichtungswirkung zu erhalten, muß die Vorrichtung aus mehreren Dichtungsringen 42, vorzugsweise drei Ringen, bestehen. Diese Dichtungsringe müssen mit geringer Dicke im Verhältnis zu ihrer radialen Breite ausgebildet sein, das heißt, die Form von Beilagscheiben haben. Insbesondere wird bei einem geschlitzten Dichtungsring 42, jedoch auch bei Verwendung von drei Ringen dieser Art, das möglicherweise durch die Ringschlitze auftretende Lecken durch den nichtgeschlitzten Stützring 45 wirkungsvoll verhindert. Dieser Ring 45 besteht wie der Sperring 44 vorzugsweise auch aus Metall ähnlich dem Dichtungsring bzw. den Dichtungsringen 42.

Auch bei dieser Anwendung ist die technische Umkehrung vollkommen denk- und durchführbar. Das heißt, daß die Ringnut 43 in der Wand der Queröffnung 41 im Schenkel 2 a ausgebildet ist, während der in dieser Nut befindliche Dichtungsring 42 bzw. der Stützring 45 in die äußere Oberfläche der rohrförmigen Welle 26, 28 eingreift.

Üblicherweise ist der Wirkungsrand oder die Umfangsoberfläche des Stützringes 45 in der voranstehend beschriebenen Ausführungsform gerade kreisförmig zylindrisch, sie kann jedoch auch leicht konisch oder konisch abgekantet sein, um einen geringen Neigungswinkel zwischen den Mittelachsen der Bohrung und des Kolbenteiles zuzulassen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Abdichtung des Abstandes zwischen einer im wesentlichen zylindrischen äußeren Fläche eines Körpers und einer ihn koaxial umgebenden und im wesentlichen zylindrischen Wandfläche gegen den Druck eines Mediums, insbesondere den Druck einer hydraulischen Flüssigkeit, wobei dieser Druck auf der einen Seite der Vorrichtung höher ist als auf der anderen, bestehend aus einer Ümfangsnut in einer der Flächen, in der zumindest ein geschlitzter Dichtungsring eingesetzt ist, welcher elastisch und abdichtend mit seiner Randfläche in die andere Fläche eingreift, wobei seine Randfläche radial gegenüber der Umfangsnut liegt, die eine und die andere Fläche einander gegenüber feststehen und/oder drehbar und/oder axial bewegbar angeordnet sind sowie vergleichsweise großes radiales Spiel haben, und wobei sich ein nichtgeschlitzter Stützring auf der Niederdruckseite des geschlitzten Dichtungsringes befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring ungeschlitzt ist und mit geringstmöglichem Abstand zur anderen Fläche angeordnet ist, wobei der Stützring sich über eine gewisse Länge in der in der einen Fläche ausgebildeten Umfangsnut erstreckt, und der geschlitzte Stützring aufgrund des radialen Abstandes zwischen den Flächen weiterhin ein erforderliches großes radiales Spiel zum Boden der Umfangsnut hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 insbesondere zu ihrer Anordnung zwischen einer mediumstragenden zylindrischen Hohlwelle und einer Leitung in einem Winkel dazu, welche über eine Queröffnung drehbar auf der Hohlwelle befestigt ist, welche in dieser Stellung zumindest eine Umfangsöffnung zur Verbindung mit dem Leitungsinneren aufweist, wobei die Vorrichtung aus zumindest einem geschlitzten, auf der rohrförmigen Welle angeordneten Dichtungsring besteht, der gegen die entsprechende Öffnungswand abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß der radial geschlitzte metallische Dichtungsring mit seiner äußeren Umfangsfläche elastisch in die Wand der Queröffnung in der Leitung eingreift und mit innerem radialem Spiel in der in der äußeren Fläche der rohrförmigen Welle ausgebildeten Ringnut angeordnet ist, wobei in dieser Nut möglicherweise ein Sperring auf der dem Leitungsinneren zugewandten Seite des Dichtungsringes vorgesehen ist, während der nichtgeschlitzte Stützring auf dem anderen Dichtungsring mit seiner radialen äußeren Fläche in die Wand der Queröffnung in der Leitung eingreift und radial über eine Länge in die Ringnut der rohrförmigen Welle ragt, wodurch die Vorrichtung insbesondere seitliche Abweichungen in der Stellung der Mittellinien der rohrförmigen Welle bzw. der Leitungsöffnung aufnehmen kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung aus drei geschlitzten Dichtungsringen in der Form einer Beilagscheibe besteht, das heißt, die Ringe nur geringe Dicke im Verhältnis zu ihrer radialen Breite haben.