DE7325660U

DE7325660U - Dichtring für hydraulische Kolben und Kolbenstangen

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Publication number: DE7325660U
Application number: DE7325660U
Authority: DE
Original assignee: BUSAK and LUYKEN KG
Current assignee: BUSAK and LUYKEN KG
Priority date: 1973-07-12
Publication date: 1974-09-05

Description

H. J. ZILIIEN 7 Stuttgarts Patent-Ing. _TtWon 340522 StH»nbur_Bilr. 1 (Hochhaut) 'I J

Bankkonto: Glfok·»»· Stuttgart Nr. 2 983 228 PoUKhtcfc : Stuttgart 433 33

20. Feb. 1974

G 73 25660.7 Akte 2

Anmelderin: Firma

Busak + Luyken KGr 7 Stuttgart 80 Breitwiesenstr. 27

Dichtung für hydraulische Kolben und Kolbenstangen

Die Neuerung betrifft einen Dichtring für hy draulisch betriebene Kolben oder Kolbenstangen, bestehend aus Kunststoff, Gummi oder aus einer mehrschichtigen Kunststoffkombination mit einem hochelastischen Spannabschnitt und einem zähelastischen Dichtungsabschnitt, als Berührungsdichtung zwischen einem ruhenden und einem beweglichen Maschinenteil, mit einer eigenelastischen radialen Vorspannung und einer infolge der

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Druclcverhältnisse wirksamen Abdichtung nach außen.

Bei derartigen Kolben- und Kolbenstangendichtungen ist es erforderlich, eine geringe Leckage bei hin- und hergehender Bewegung des Kolbens oder der Kolbenstange zu erreichen, um zu große Verluste der Hydraulikflüssigkeit zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden unter anderem Dichtungen aus Kunststoff, Gummi oder einer Kunststoffmischung verwendet, die im wesentlichen einen etwa rechteckförmigen Dichtungsabschnitt zur Abdichtung dus relativ bewegten Spaltes zwischen den beweglichen Maschinenteilen und einem ebenfalls im Querschnitt rechteckförmigen oder abgerundeten Spannabschnitt zur sekundären Abdichtung und Vorspannung des Dichtungsabschnittes des Dichtungsringes aufweisen. Ein solcher Dichtungsring ist im allgemein in einer Aufnahmenut eines Gehäuses (als Stangenabdichtung) bzw. eines Kolbens (als Kolbenabdichtung) untergebracht. Infolge einer radialen Vorspannung des Spannabschnittes zwischen dem Grund der Aufnahmenut und der dem bewegten Dichtspalt zugekehrten äußeren (bei Stangenabdichtungen) bzw. inneren (bei Kolbenabdichtungen) Mantelfläche des Dichtringes wird der sekundäre Leckweg zwischen dem Dichtungsring und dem Nutgrund verschlossen.

Die Praxis hat gezeigt, daß einerseits bei solchen

Dichtringen zwar Dichtungsschäden infolge Extrosion des Dichtunssabschnittes des Dichtringes vermindert werden können, daß andererseits aber hohe Verschleißerscheinungen oowie ruokartiges Gleiten bei niedriger Hubgeschwindigkeit und beim Abfahren, der Maschinenteile infolge des Auftretens noch zu großer Reibungskräfte bzw. loobrechkräfte erhebliche Leckverluste verursachen und die Lebensdauer und Betriebszuverlässigkbit stark beeinträchtigen. Dies hat seine Ursache auch darin, daß bei hin- und hergehender Bewegung der Maschinenteile infolge der Konristenz des abzudichtenden Fluids im Dewegten Diuhtcpalt eine Schleppströmung auftritt, die zu4iner Schmierfilmbildung und damit zu zeitweiser Trennung des abzudichtenden Berührungsflächen führt. Infolge der asymmetrischen PresFungsverteilung in der Berührungsfläche wird beim Vor- und Rückhub ein Schmierfilm unterschiedlicher Dicke gebildet, was eine Ansammlung von Fluid am niederdruckser.tigen Ende des Dichtspaltes und damit eine nicht mehr vertretbare hohe Leckage verursacht.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete Formgebung des Dichtringes die Leckage bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens bzw. der Kolbenstange sowohl die Reibungswerte als axich die Leckage zu verringern.

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Dies wird neuerungsgemäß dadurch erreicht, daß die relativ zu einem der Maschinenteile bewegte und demselben zugekehrte Fläche des Dichtringes hochdruckseitig eine Erweiterung im Dichtring aufweist, die in eine schmale Berührungsfläche zwischen dem Dichtring und dem Maschinenteil übergeht, an die sich niederdruckseitig eine einen keilförmigen Ringspalt bildende Fläche kleinen Winkels anschließt.

Eine derartige Formgestaltung des Dichtri/iges im Pichtspalt, wobei insbesondere die Formgebung der hochdruckseitigen Erweiterung und des niederdruckseitigen keilförmigen Ringspalts von entscheidender Bedeutung sind, hat zur Folge, daß die Pressungsverteilung auf der Niederdruckseite des Dichtrings steuerbar ist, was eine wesentliche Verringerung der Leckage bedeutet»

Zugleich tritt eine erhebliche Verminderung der Reibungsverluste ein, weil infolge eines günstigen Verhaltens des Dichtringes Extrosionserscheinungen weitgehend ausgeschaltet sind.

Hinzu kommt, daß bei der Wahl eines mehrschichtigen Kunststoffwerkstoifes für den Dichtring durch einen hochelastischen Spannabschnitt gegenüber einem zähelastischen Dichtungsabschnitt neben der Abdichtung nach außen

zugleich eii. günstiger gleichmäßiger Kontaktdruck für die Berührungsfläche auf den gleitenden Ma-schinenteil erzeugt wird.

Die Praxis hat ergeben, daß je nach verwendetem Werkstoff für den Dichtring die günstigste Größe für den Winkel des keilförmigen Ringspaltes zwischen fünf und zehn Winkelgrade, vorzugsweise bei sieben Winkelgrad liegt.

Durch die neuerungsgemäße Formgebung des Dichtringes wird auch erreicht, daß die Berührungsfläche ₉ die zyliiiderförmig ausgebildet ist, in axialer Richtung sehr kurz ist und scharfkantig in eine hochdruckseitige, Liri Dichtring ausgebildete Stirnfläche übergeht_β Dadurch wird am hochdruckseitigen Anfang der Berührungsfläche ein sehr steilger Anstieg der Flächenpressung zwischen Dichtring und abzudichtender Stange erreicht, während am niederdruckseitigen Ende der Berührungsfläche ein sehr flacher Abfall der Flächenpressung eintritt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Dichtringes wird erreicht, indem die zylinderringförmige Berührungsfläche vorzugsweise etwa im mittleren Bereich der Gesamtlänge des Dichtringes angeordnet ist, Auf diese Weise können das auf den Dichtring einwindende

Kippmoment verringert und damit die Reibungskräfte vermindert werden.

Da bei steigendem Abdichtdruck eine weitere elastische Verformung des Dichtungsabschnittes des Dichtringas den Winkel des Ringspaltes verkleinert, wird gerade bei höheren Drücken der hydrodynamische Rücktransport von an der Gleitfläche haftendem Fluid begünstigt.

Der erwünschte steile Anstieg der Flächenpressung am hochdruckseitigen Anfang der Berührungsfläche wird durch möglichst scharfkantiges Absetzen in Form einer stufenförmigen Ausdrehung an dieser Stelle erzeugt. Die Stelle, an der di jse Ausdrehung angebracht wird, kann auch von der hcehdruckseitigen Stirnfläche des Dichtringes abgerückt und weiter in den Dichtspalt hineingerückt werden. Dabei entsteht auf der Hochdruckseite vor der .Berührungsfläche eine Zone mit einem größeren Spalt, in den der abzudichtende Druck eindringt and dadurch eine Entlasbung der Berührungsfläche vom radialen Anpre"druck bewirkt ₉ der von der Eigenspannung des Dichtungsabschnittes des Dichtringes erzeugt wird.

Zu diesem Zweck kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines Dichtringes, der aus einem mehrschichtigen Kunststoff aufgebaut ist, üer zähela3tische

Dichtungsabschnitt im Spalt zwischen den beiden Maschinenteilen ur.d der hochelastische Spannabschnitt in einer Auf·· nahmenut eines der Maschinenteile angeordnet sein.

Es ist selbstverständlich auch denkbar, daß anstelle der stufenförmigen Ausdrehung auf der Hochdruckseite des Diohtringes eine Schrägfläche oder eine konkave oder konvexe Abrundung vorgesehen ist.

Die weiteren Merkmale und Vorteile der Neuerung ergeben sicii aus der Beschreibung von in der Zeichnung in den Fig« 1 - 5 im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispielen von Stangenabdichtungen aowie aus den Unteransprüchen.

In allen Fig. 1-5 bedeutet P^ den höheren und P^ den niedrigeren abzudichtenden Druck zu beiden Seiten eines Dichtringes 1. Dieser Dxchtring 1 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem mehrschichtigen Kunststoffring, dessen in einer Aufiiahmenut 2 liegender Spannabschnitt la als hochelastisch und dessen s.uf der Mantelfläche 3 einer Strnge 10 gleitender Oichtungsabschnitt Ib zähelastisch ausgebildet 3ind. Ler Spannabschnitt la sorgt dabei infolge seiner EigBnelaetizität für eine radiale Vorspannung auf den Dichtungsabschnitt, der mit seiner zylinderringförmigen Berührungsfläche 4 auf dar Mantelfläche 3 der Stange 10

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aufliegt.

In der Fig. 1 sind zusätzlich die Möglichkeiten einer Stangen- bzw. einer Kolbenabdichtung dargestellt. Bildet die Linie I-I die Mittelachse, so handelt es sich um eine Kolbanabdichtung. Ist die Linie II-II die Mittelachse, so liegt eine Stangenabdichtung vor.

Die axiale Länge der Berührungsfläche 4 ist vorzugsweise sehr klein gegenüber der Gesamtlänge des Diclitringes 1 und liegt im allgemeinen um 0,5 mm.

In der Fig. 1 ist der Dichtring 1 hochdrackseitig mit einer stufenförmigen Ausdrehung 9 versehen, die eine von der Berührungsfläche 4 scharfkantig ausgehende Stirnfläche 5 aufweist. Diese Ausdrehun^ 9 bildet über die Länge D einei. verhältnismäßig großen Spalt zwischen der inneren Mantelfläche 6 der Ausdrehung 9 und der Mantelfläche 3 der Stange 10.

Der Druck P₁₁ dringt ungedrosselt in diesen Spalt ein

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und entlastet bis zur Stirnfläche 5 in radialer Richtung die ihm entgegenwirkenden und die Flächenpressung in der Berührungsfläche 4 schwimmenden radialen Kräfte des Dicht ringes 1. Durch Variation der Länge D kann der gewünschte Grad der Entlastung festgelegt werden. Diese Festlegung

ist ein Kompromiß zwischen der Leckage auf der einen Seite und dem Verschleiß und der Reibung der Dichtung auf der anderen Seite. Sie hängt damit von den Einsatzbedingungen der Sichtung «b. Zwischen der Berührungsfläche 4 und der niederdruckseitigen Stirnfläche 7 ist am Dichtring 1 eine fläche 13 ausgebildet, die mit der Stange IO einen keilförmigen Ringspalt 8 bildet, der sich in Richtung zur Stirnfläche 7 erweitert. Der Winkel der Fläche bzw, de 3 Ringspaltes δ ist wegen des erstrebten sanften Pressungsabfalls auf der Niedvdruckseite in der bei höheren Drücken infolge Kippbe^qgung des Dichtringes sich vergrößernden Berührungsfläche sehr klein und beträgt bei Dichtringen aus Kunststoff vorzugsweise 5-10 Grad.

In der Pig. 2 ist die stufenförmige Ausdrehung 9 in ihrer Länge kürzer gehalten, so daß der Dichtring 1 eine höhere Stabilität einhält. Die in der Aufnahmenut 2 liegende Mantelfläche des Spannabschnitter la des Dichtringes 1 ist ähnlich einem O-Ring abgerundet ausgebildet. Der Dichtring 1 arbeitet auch nach diesem Prinzip eines O-Rings, indem er un -ter dem Einfluß des Druckes P_H gegen die rechte Wand und gleichzeitig seine abgerundete Mantelfläche gegen den Grund der Aufnahmenut 2 gedrückt wird, um den sekundären leckweg zwischen dem Dichxring 1 und

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·- λ Ο dem hutgrund zu verschließen.

In den Pig. 3 und 4 ist eine zur Hochdruckseite P₁.

offene umlaufende Ausdrehung 11 in dem Dichtring 1 eingearbeitet· In diese Ausnehmung 11 können zusätzliche Spannmittel zur Erhöhung des Anpreßdruckes auf den Dichtungsabschnitt Ib angeordnet werden. Zugleich wird aber auch durch den Hochdruck P„ der Spannabschnitt la gleichmäßig gegen die rechte Wand der Aufnahmenut 2 und gegen die Nutgrund abdichtend angedrückt.

Zur Verringerung eines auf den Dichtring einwirkenden Kippmomentes infolge des Druckes P_H beim Rückhub des bewegten Maschinenteils ist die dem Grvnd der Aufnahmenut 2 zugekehrte Mantelfläche mit einer umlaufenden Rille 12 versehen. Dieses Kippmoment kann weiter verringert werden, indem d^e Berührungsfläche 4 vorzugsweise etwa im mittleren Bereich der G-esuintlänge des Dichtringes 1 angeordnet ist.

Schutzansprüche:

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Claims

H. J. ZILKEN ,.;;■: : · : :■

Pr.-int-ing. - 11 -

.1 Tel. 246522

Busak + Luyken KG - Akte

19. Juni 1974

Schutzansprüche

1. Lichtring für hydraulisch betriebene Kolben oder Kolbenstangen, bestehend aus Kunststoff, Gummi oder aus einer mehrschichtigeil Kunststoffkombination mit einem hochelastischen Spannabschnitt und einem zähelastischen Dichtungsabschnitt, als Berührungsdichtung zwischen einem ruhenden und einem beweglichen Maschinenteil, mit einer eigenelastischen radialen Vorspannung und einer infolge der Druckverhältnisse wirksamen Abdichtung nach außen, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ hu einem der Maschinenteile bewegte und demselben zugekehrte Fläche des Dicht.inges (l) hochdruckseitig eine Ei /eiterung (9) im Dichtring aufweist, die in eine schmale Berührungsfläche (4) zwischen dem Dichtring (l) und dem Maschinenteil (1O) übergeht _υ an die sicÄi niederdruckseitig eine einen keilförmigen Ringspalt (18) bildende Fläche (I^) kleinen Winkiels anschließt,

2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Windel de.-, Ringspaltes zwischen 5 und 10 Winkelgraden, vorzugsweise 7 Winkelgrade, beträgt.

3. Dichtring nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche (4) zylinderringfürmig ausgebildet ist.

4. Dichtring nach den Ansprücnen 1 bis >, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinasrringförmige Berührungsfläche (!) scharfkantig in eine hochdruckseitig am Dichtring (l) ausgebildete Stirnfläche (5) übergeht.

^vj Dichtring nach den Ansprücnen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderringförmige Berührungsfläche (4) vorzugsweise etwa ii,i mittleren Bereich der Gesamtlänge des Dichtringeτ (l) angeordnet ist.

6. Dichtring nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung auf der Hochdruckseite des Dichtringes (l) als stufenförmig·"! Ausdrehung (9) ausgebildet ist.

7. Dichtring nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (l) aus mehrschichtigem Kunststoff aufgebaut ist, wobei ein zähelastischer Dichtungs-

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abschnitt (Ib) und ein hochelastischer Spannabschnitt
(la) in radialer Zuordnung angeordnet sind.

β. Dichtring nach den Ansprücheh 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Ausarehung (^) im Dichtring (l) eine zur Hochdruckseite offene, umlaufende Ausnehmung (ll) eingearbeitet ist.

<-j. Dichtring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ausnehmung (ll) zusätzliche Spannmittel für din Dichtring (l) einsetzbar sind.

10. Dichtring nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des hochelastischen Abschnittes des Dichtringes (l) ähnlich einem O-Ring
gewölbt .ausgebildet ist.

11. Dichtrinr; nach einem oaer mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche des hochelastischen Abschnittes des Dichtrings (l) mit einer oaer mehreren umlaufenden Rillen (12) versehen ist.