DE4340455A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, insbesonders für den Steuerkolben eines Pneumatikventils, mit einem Dichtring, aus zumindest teilweise elastischem Materi­ al, der einen äußeren, im wesentlichen scheibenförmigen Dichtbereich, mit einer im eingebauten Zustand am abzudich­ tenden Gehäuse anliegenden Dichtkante, und einen konzentrisch innerhalb des Dichtbereiches gelegenen, dazu symmetrischen und im wesentlichen rohrförmigen Haltebereich aufweist, und der unter teilweiser Vorspannung in zugehörigen Ausnehmungen des Steuerkolbens angeordnet ist.

Für verschiedenste Anwendungsfälle sind beispielsweise Pneumatikventile bekannt, deren Steuerkolben mit Elastomer­ dichtungen abgedichtet sind. Die Dichtungen können dabei entweder auf dem Steuerkolben oder am Gehäuse montiert sein und sich damit entweder bei der Bewegung des Steuerkolbens mitbewegen oder aber in der Einbaulage im Gehäuse feststehend bleiben. Bei den Dichtungsanordnungen der genannten Art, bei denen der Dichtring auf dem Steuerkolben montiert ist, sind insbesonders solche Dichtringe bekannt, die wie O-Ringe in entsprechenden Nuten des Steuerkolbens liegen. Es sind un­ terschiedlichste Formen für den Dichtringquerschnitt bekannt, wobei jedoch vorzugsweise im wesentlichen scheibenförmige Dichtringe zum Einsatz kommen. Diese Dichtungsanordnungen haben verschiedene Nachteile. Erstens sind sie relativ schwer zu montieren, da die Dichtringe bei der Montage weit aufge­ dehnt werden müssen, um in die entsprechenden Nuten des Steuerkolbens zu gelangen. Weiters kann ein vorbeistreichen­ der Luftstrom, wie er in schaltenden Ventilen immer vorhanden ist, die Dichtung herausziehen, was häufig durch einen über den Dichtring gezogenen Gleitring bzw. eine spezielle Schaltkantenkonstruktion zu verhindern getrachtet wird, was jedoch eine aufwendigere und damit teurere Konstruktion bedingt. Zusätzlich sind derartige Scheibendichtringe meist nicht oder nur unzureichend druckunterstützt, so daß sie unter der elastischen Wirkung des Dichtungsringes selbst gegen die zu dichtende Wand gedrückt werden und so auch dem maximal zugelassenen Druck standhalten müssen. Daraus ergeben sich hohe Anpreßkräfte und damit hohe Verschiebekräfte für den Steuerkolben bei niedrigen Arbeitsdrücken.

In Abwandlung derartiger Scheibendichtungen sind auch Dichtungsanordnungen der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei denen der Dichtring nicht einfach in Nuten des Steuerkolbens eingelegt wird, sondern bei denen mit Zwi­ schenteilen und einer Mittelverbindung der Steuerkolben erst zugleich mit der Montage des Dichtringes zusammengestellt wird, wobei radiale Falze an den axialen Flächen der Dicht­ ringe in entsprechende Nuten der Zwischenteile des Steuer­ kolben gesteckt werden. Dieses Halten in der Nähe des Dicht­ durchmessers verhindert zwar das angeführte Herausziehen des Dichtringes, wobei dieser aber nach wie vor praktisch nicht druckunterstützt sondern im wesentlichen lediglich durch seine Eigenelastizität angepreßt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dich­ tungsanordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die angeführten Nachteile bekannter derartiger oder ähnlicher Konstruktionen vermieden werden und daß insbesonders unter zuverlässiger Verhinderung eines Heraus­ ziehens des Dichtringes die Funktion des gesamten Steuerkol­ bens bzw. Ventils durch eine einfache Druckunterstützung der Dichtwirkung verbessert wird.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Dichtungsanordnung der genannten Art dadurch erreicht, daß der rohrförmige Haltebereich das innerste Ende des Dicht­ ringes bildet und über eine Druckverbindung an seinem Innen­ umfang mit dem abzudichtenden Druck beaufschlagt ist. Der gesamte Dichtring wird damit vom Innenumfang seines inneren rohrförmigen Haltebereiches aus wie eine Art elastischer Ringkolben durch den abzudichtenden Druck aufgeweitet, womit sich die außen am im wesentlichen scheibenförmigen Dichtbe­ reich gebildete Dichtkante mit der gewünschten Druckunter­ stützung an die abzudichtende Fläche des Gehäuses legt. Es ist dabei belanglos, wie (in welcher konstruktiven Weise) der abzudichtende Druck an den Innenumfang des rohrförmigen Haltebereiches gelangt - es könnten beispielsweise von diesem Innenumfang bzw. dem daran anschließenden Raum aus über einen Innenraum des Steuerkolbens bzw. Bohrungen, Kanäle od. dgl. Verbindungen bereitgestellt werden, denkbar ist aber auch, daß der im zusammengebauten Zustand im wesentlichen abge­ schlossene Innenraum einer Nut od. dgl. für die Aufnahme des rohrförmigen Haltebereiches einfach über zugelassene bzw. unvermeidbare Spalten an der Druckseite des Dichtbereiches selbst mit Leckdruck beaufschlagt wird.

Im letztgenannten Zusammenhang besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung, gemäß welcher der Haltebereich beidseits der Mittelebene des Dichtbereiches mit Ringlippen in nutartigen Ausnehmungen in den Stirnseiten von zwei in der Mittelebene geteilten Teilen des Steuerkolbens liegt und an seinem Innenumfang gegenüber diesen Ausnehmungen freigestellt ist. Dabei gelangt das Druckmedium in der oben beschriebenen Weise über den druckseitigen Spalt zwischen Steuerkolben und dem im wesentlichen scheibenförmigen Dicht­ bereich sowie über die druckseitige Ringlippe des Dichtringes in den freigestellten Innenraum des Steuerkolbens am Innen­ umfang des rohrförmigen Haltebereiches. Dadurch wird die druckabgekehrte Ringlippe des rohrförmigen Haltebereiches von innen her gegen die äußere Seite der nutartigen Ausnehmung gedrückt und dichtet dort ab. Wegen diesen nun von der In­ nenseite des Steuerkolbens her nach außen auf den rohrförmigen Haltebereich wirkenden Druckes wird auch die Dichtkante druckunterstützt gegen die entsprechende Gehäuse­ wand gedrückt, wobei die Wirkung dieser Druckunterstützung durch die Anlage der entsprechenden Flächen des rohrförmigen Haltebereiches an den nutartigen Ausnehmungen begrenzt wird.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß im Bereich des Überganges der den scheibenförmigen Dichtbereich begrenzenden Anlageflächen zu den den rohrförmigen Haltebereich umfassenden Ausnehmungen am Steuerkolben zumindest ein Halteelement vorgesehen ist, welches in den Querschnitt des Dichtringes eingreift und eine Einwärtsbewegung desselben verhindert. Damit ist einerseits eine Sicherung des Dichtringes gegen ein nach innen gerich­ tetes Abheben einzelner Bereiche der Dichtkante gegeben und andererseits eine Möglichkeit geschaffen, die Wirkung der Druckunterstützung einfach zu beeinflussen - je schmäler die im Querschnitt des Dichtungsringes verbleibende Brücke zwi­ schen Dichtbereich und Haltebereich ist, desto geringer ist naturgemäß die nach außen auf die Dichtkante wirkende Druck­ unterstützung.

Als Halteelement im obigen Zusammenhang sind besonders bevorzugt beidseits in umlaufende Ringnuten des Dichtringes eingreifende Stützringe an den zugehörigen Teilen des Steu­ erkolbens ausgebildet, was einfach in der Herstellung und wirkungsvoll im Hinblick auf die obigen Ausführungen ist.

Bei einem Steuerkolben eines Pneumatikventiles mit mehreren gleichartigen Dichtringen ist in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß die die Innenumfänge zumindest einzelner der Dichtringe begrenzenden Räume über Verbin­ dungskanäle untereinander bzw. mit dem abzudichtenden Druck verbunden sind, was eine gleichmäßige Druckunterstützung aller Dichtringe ergibt, wobei der höchste, an einem der Dichtungsringe wirkende Druck zur Druckunterstützung aller verbundenen Dichtungsringe herangezogen wird.

Nach einer besonders bevorzugten weiteren Ausgestal­ tung der Erfindung ist zumindest einer der begrenzenden Räume am Innenumfang eines Dichtungsringes über eine Bohrung mit einer der Kolbenseiten verbunden, womit eine einfache Luft­ feder realisiert ist. Man hat damit den ganz wesentlichen Vorteil, daß wo auch immer der höchste Druck angeschlossen ist, die Luftfeder mit diesem versorgt wird. Man kann damit - ähnlich wie bei einer mechanischen Feder - die Druckan­ schlüsse beliebig an ein mit einem derartigen Steuerkolben ausgestattetes Ventil anschließen.

Die Erfindung wird im folgenden noch anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei einen Axialschnitt durch den Bereich des Steuerkolbens eines Pneumatikventils und Fig. 2 zeigt das Detail II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Der dargestellte Steuerkolben 1 ist Teil eines Pneu­ matikventils 2, von dem hier der Einfachheit halber nur der Innenumriß des Gehäuses 3 dargestellt ist. Nicht dargestellte Pneumatikanschlüsse am Gehäuse 3 werden mittels Steuerräumen 4 bzw. diese von Zwischenbereichen 5 trennenden Steuerkanten 6 und damit zusammenwirkenden Dichtkanten 7 auf hier nicht weiter interessierende Weise gesteuert.

Die den Dichtkanten 7 zugeordneten Dichtungsanord­ nungen 8 weisen einen Dichtring aus zumindest teilweise elastischem Material auf, der aus einem äußeren, im we­ sentlichen scheibenförmigen Dichtbereich 10, mit der im eingebauten Zustand am abzudichtenden Gehäuse 3 anliegenden Dichtkante 7 und einem konzentrisch innerhalb des Dichtbe­ reiches 10 gelegenen, zu diesem symmetrischen und im we­ sentlichen rohrförmigen Haltebereich 11 besteht. Der rohrförmige Haltebereich 11 bildet das innerste Ende des Dichtringes 9 und ist über eine Druckverbindung 12 an seinem Innenumfang 13 auf untenstehend noch beschriebene Weise mit dem abzudichtenden Druck beaufschlagt.

Der Haltebereich 11 liegt beidseits der Mittelebene 14 (Fig. 2) des Dichtbereiches 10 mit Ringlippen 15 in nutartigen Ausnehmungen 16 an den Stirnseiten 17 von zwei in der Mittelebene 14 geteilten Teilen des Steuerkolbens 1 und ist an seinem Innenumfang 13 ebenso wie an den stirnseitigen Enden der Ringlippen 15 gegenüber diesen Ausnehmungen 16 freigestellt. Im Bereich des Überganges der den scheibenför­ migen Dichtbereich 10 begrenzenden Anlageflächen 17′ zu den den rohrförmigen Haltebereich 11 umfassenden Ausnehmungen 16 am Steuerkolben 1 ist jeweils ein Halteelement 18 vorgesehen, welches in den Querschnitt des Dichtringes 9 eingreift und eine Einwärtsbewegung desselben verhindert. Als Halteelement sind hier beidseits in umlaufende Ringnuten des Dichtringes 9 eingreifende Stützringe 19 an den zugehörigen Teilen des Steuerkolbens 1 vorgesehen, welche zusätzlich zu der be­ schriebenen Haltefunktion auch eine Beeinflussung der Druck­ unterstützung der Dichtungsanordnung erlauben - eine schmale Brücke von Dichtungsmaterial zwischen diesen Stützringen bedingt (wie ersichtlich) eine geringere Auswirkung des Druckes von der Innenseite des Haltebereiches 11 her auf die Anlage der Dichtkante 7.

Wenn beispielsweise aus dem Steuerraum 4 ein gegenüber dem Zwischenbereich 5 erhöhter Druck auf die Dichtungsanord­ nung nach Fig. 2 wirkt, so pflanzt sich dieser erhöhte Druck über den hier als Druckverbindung 12 wirkenden Spalt an der Oberseite (in der Darstellung) des Dichtbereichs 10, den wiederum oberen Stützring 19 und die druckseitige Ringlippe 15 in den den Innenumfang 13 des Haltebereiches 11 begrenzenden Raum 20 in den Ausnehmungen 16 fort, wodurch in weiterer Folge die druckabgekehrte, hier untere Ringlippe 15 nach außen gepreßt wird und an der in der Darstellung linken Seite der unteren Ausnehmung 16 verstärkt abdichtet. Wegen des nun von der Innenseite des Steuerkolbens her nach außen wirkenden Druckes wird auch die Dichtkante 7 verstärkt und druckunterstützt gegen die zugehörige Gehäusewand gepreßt. Die Stützringe 19 begrenzen dabei die Wirkung der Druckun­ terstützung in beschriebener Weise.

Wenn - wie an den beiden unteren Dichtungsanordnungen in Fig. 1 angedeutet - die die Innenumfänge 13 begrenzenden Räume 20 über einen Verbindungskanal 21 (der damit auch als Druckverbindung 12 fungiert) untereinander bzw. mit dem abzudichtenden Druck verbunden sind, erhält man eine gleich­ mäßige Druckunterstützung aller Dichtungen mit dem höchsten Druck, der jeweils an einer der verbundenen Dichtungsanord­ nungen wirkt.

Über eine Bohrung 22 kann gemäß Fig. 1 der Druck aus dem Raum 20 am Innenumfang 13 des Dichtringes 9 auch ins Innere 23 des Steuerkolbens 1 und damit in der Darstellung auf die obere Seite desselben geleitet werden, womit eine einfache Luftfeder realisiert ist. Im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Verbindung der einzelnen Räume 20 der Dichtungsanordnungen 8 ist damit sichergestellt, daß diese Luftfeder immer mit dem höchsten angeschlossen Druck versorgt wird.

Claims (6)

1. Dichtungsanordnung, insbesonders für den Steuerkolben eines Pneumatikventils, mit einem Dichtring aus zumindest teilweise elastischem Material, der einen äußeren, im wesentlichen scheibenförmigen Dichtbereich mit einer im eingebauten Zustand am abzudichtenden Gehäuse anliegenden Dichtkante, und einen konzentrisch innerhalb des Dichtbe­ reiches gelegenen, dazu symmetrischen und im wesentlichen rohrförmigen Haltebereich aufweist, und der unter teil­ weiser Vorspannung in zugehörigen Ausnehmungen des Steu­ erkolbens angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Haltebereich (11) das innerste Ende des Dichtringes (9) bildet und über eine Druckverbindung (12) an seinem Innenumfang (13) mit dem abzudichtenden Druck beaufschlagt ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Haltebereich (11) beidseits der Mittelebene (14) des Dichtbereiches (10) mit Ringlippen (15) in nutartigen Ausnehmungen (16) in den Stirnseiten (17) von zwei in der Mittelebene geteilten Teilen des Steuerkolbens (1) liegt und an seinem Innenumfang (13) gegenüber diesen Ausnehmungen (16) freigestellt ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Bereich des Überganges der den scheibenförmigen Dichtbereich (10) begrenzenden Anlage­ flächen (17′) zu den den rohrförmigen Haltebereich (11) umfassenden Ausnehmungen (16) am Steuerkolben (1) zumindest ein Halteelement (18) vorgesehen ist, welches in den Querschnitt des Dichtringes (9) eingreift und eine Einwärtsbewegung desselben verhindert.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß als Halteelement (18) beidseits in umlaufende Ringnuten des Dichtringes (9) eingreifende Stützringe (19) an den zugehörigen Teilen des Steuerkolbens (1) vorgesehen sind.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Steuerkolben eines Pneumatikventils mit mehreren, gleichartigen Dichtringen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Innenumfänge (13) zumindest einzelner der Dichtringe (9) begrenzenden Räume (20) über Verbindungskanäle (21) untereinander bzw. mit dem abzudichtenden Druck verbunden sind.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest einer der begrenzenden Räume (20) über eine Bohrung (22) mit einer der Kolbenseiten verbunden ist.