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Einrichtung an Druckarbeitsmittel-Dichtungen Die Erfindung bezieht
sich auf Druckarbeitsmittel-Dichtungen, die ein Leck-Durchtreten des Arbeitsmittels,
insbesondere von Leckflüssigkeit, aus einer Hochdruckzone in eine Niederdruckzone
durch ein zwischen zwei Teilen angeordnetes Spiel, das eine relative Gleit- oder
Drehbewegung des einen Teils im anderen ermöglicht, verhindern soll, wobei ein steifer,
aber nichtsdestoweniger elastisch verformbarer Hauptdichtungsring zwischen den zwei
Teilen angeordnet und an einem von ihnen befestigt ist, eine Arbeitsfläche für eine
Gleit-oder Drehverbindung mit einer entsprechenden Arbeitsfläche des anderen Teils
aufweist, welche Verbindung über einen Film des abzudichtenden Arbeitsmittels erfolgt,
und so angeordnet ist, daß er durch die in jedem Augenblick zwischen den beiden
Zonen bestehende Druckdifferenz elastisch zusammengedrückt und seine Arbeitsfläche
dichter gegen die Arbeitsfläche des anderen Teils gedrückt wird. Die vor- und nachstehend
verwandten Ausdrücke »Hochdruckzone« und »Niederdruckzone« sollen so weit ausgelegt
werden, wie es der je-
weilige Zusammenhang erlaubt, und nicht nur Zonen umfassen,
die dauernd unter hohem oder niederem Druck stehen, sondern auch Zonen, die nur
zeitweise solchen hohen Drücken ausgesetzt sind, z. B. bei periodischer Umkehr des
Druckes in den beiden Zonen.
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Ein besonders bedeutsamer Zweck der Erfindung ist es, gleichzeitig
sowohl einen hohen Dichtungsgrad als auch eine genügende Schmierung und damit eine
geringe Abnutzung der zylindrischen Arbeitsflächen zu erzielen.
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Um dies zu erreichen, ist gemäß der Erfindung zwischen dem Hauptdichtungsring
und dem Teil, in dem er befestigt ist, ein ringförmiger Spielraum
vorgesehen,
der durch einen Hilfsdichtungsring in zwei Abteilungen geschieden oder unterteilt
wird, von denen die eine mit der Hochdruckzone und die andere mit der Niederdruckzone
in Verbindung steht, wobei dieser Hilfsdichtungsring in solch - einer Stellung angeordnet
ist, daß das Verhältnis der wirksamen Fläche des Hauptdichtungsrings, an der in
jedem Augenblick der zuvor erwähnte Verformungsdruck des Hochdruckarbeitsmittels
auf den Ring angreift, bezogen auf die Größe der Arbeitsfläche des Hauptdichtungsrings,
etwa o,5:1 bis i, i : i beträgt (vorzugsweise o,8 : i bis o,9 :1).
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Die Erfindung soll nun an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele ausführlicher beschrieben werden, und zwar zeigt Fig. i in
schaubildlichem Längsschnitt eine Ausführungsform der Erfindung, Fig.2 in schaubildlicher
Darstellung eine Abwandlung der in Fig. i gezeigten Ausführungsform, Fig.3 einen
schaubildlichen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für Fälle,
bei denen der Druck wechselweise von zwei entgegengesetzten Richtungen her angreift,
während Fig. q. einen schaubildlichen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wiedergibt, bei der Mittel zur Aufnahme von Seitenstützkräften vorgesehen
sind.
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In Fig. i vermag ein Körper 5 eine Dreh- oder Gleitbewegung in einem
Gehäuse 6 auszuführen, an dessen einer Seite sich eine ölgefüllte Hochdruckzone
7 und auf dessen anderer Seite sich eine Niederdruckzone 8 befindet, so daß eine
Druckdifferenz in Richtung des Pfeiles 9 wirkt. Ein steifer, aber nichtsdestoweniger
elastisch verformbarer Hauptdichtungsring i i ist zwischen dem Körper 5 und dem
Gehäuse 6 angeordnet und über eine relativ dünne rohrförmige Ausladung 12 mit einem
Halteflansch 13 verbunden, der durch eine Feststellmutter 15 gegen eine in das Gehäuse
6 eingeschnittene Bundfläche 14 gepreßt wird. Der Dichtungsring i i hat eine zylindrische
Arbeitsfläche 16, die drehbar und/oder gleitbar einen Körper 5 durch einen nicht
gezeigten dünnen Ölfilm der Zone 7 umfaßt: Zwischen der äußeren Fläche des Dichtungsrings
i i und seiner Ausladung einerseits und dem Gehäuse 6 andererseits ist ein Spielraum
17, 18 vorgesehen, der durch einen Hilfsdichtungsring i9 in zwei selbständige Teile
getrennt wird, nämlich einen direkt mit der Hochdruckzone 7 verbundenen Raum 17
und einen mit der Niederdruckzone 8 durch Bohrungen 2i in der Ausladung 12 und von
dort durch Spielräume 22, 23, die zwischen der Ausladung i i und der Feststellmutter
einerseits und dem Körper 5 andererseits angeordnet sind, verbundenen Raum 18.
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Der Hilfsdichtungsring i9 besteht bei dieser Ausführungsform aus einem
elastischen Ring einer synthetischen Gummiverbindung; er sitzt in einer Nut des
Gehäuses 6 und liegt an der zylindrischen Außenfläche des Körpers ii an. Der Ring
i9 ist derart angeordnet, daß die wirksame Außenfläche des Hauptdichtungsrings il,
an welcher der in dem Spielraumabschnitt 17 wirkende hohe Flüssigkeitsdruck angreift,
verglichen mit der Größe der Arbeitsfläche 16, etwa im Verhältnis o,85 : r steht.
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Die Ausdehnungsgrenze der Niederdruckzone durch die Spielräume 22
und 23, die Bohrungen 21 und den Spielraum i8 ist schaubildlich durch eine unterbrochene
Linie 24 angezeigt, die üblicherweise als »Drucklinie« bezeichnet -wird. Es ist
ersichtlich, daß durch das Vorsehen der Bohrung 21 jedes aus der Hochdruckzone am
Hilfsdichtungsring i9 vorbeitretende Öl aus dem Raum i 8 entweichen kann und daß
sich kein hoher Druck in dem letzterwähnten Raum bilden kann.
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Die in Fig. 2 gezeigte Abwandlung ist grundsätzlich ähnlich der Ausführung
nach Fig. i aufgebaut, besitzt jedoch einen Hauptdichtungsring ii, der eine relativ
größere Länge entlang dem Körper 5 hat, ohne daß aber das Verhältnis der unter hohem
Druck stehenden wirksamen äußeren Fläche des Ringes zur Größe der Arbeitsfläche
16, die am Körper 5 liegt, vermindert wird. Dies wird zunächst durch Vorsehen einer
ringförmigen Nut 25 erreicht, welche die Arbeitsfläche 16 in der Mitte unterbricht,
und zweitens durch eine schraubenförmige Nut 26, die eine Durchtrittsverbindung
von der Nut 25 zur Niederdruckzone herstellt. Es ist ersichtlich, daß die gesamte
Größe der Arbeitsfläche 16 in diesem Fall nicht nur entsprechend der Breite der
Nut 25, sondern auch entsprechend der Breite der Nut 26 herabgesetzt wird.
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Wenn die Druckdifferenz zwischen den Zonen 7 und 8: hoch ist, liegen
bei dieser Ausführungsform die Enden der Arbeitsfläche 16 nahe der Zone 7 an der
äußeren Fläche des Körpers 5 mit einem höheren Druck an, als dies bei irgendeinem
anderen Teil des Ringes der Fall ist. Unter diesen Umständen kann genügend Öl zwischen
der Arbeitsfläche 16 des Hauptdichtungsringes und der äußeren Fläche des Körpers
5 durchtreten und eine genügend große Filmfläche zum Schmieren dieser Flächen bilden,
während zur gleichen Zeit eine wirksame Dichtung zwischen den beiden Zonen beibehalten
wird. Zusätzlich hilft dieser höhere Druck das Eindringen von Metallsand, Abtrieb
und ähnlichen Unreinheiten aus der Zone 7 zwischen die Arbeitsflächen zu verhindern,
insbesondere wenn die Arbeitsfläche 16 in eine genau gearbeitete bzw. scharfe innere
Kante 27 ausläuft.
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Die in Fig. 3 gezeigte Ausführung ist für wechselweise von zwei entgegengesetzten
Richtungen angreifende Drücke bestimmt, d. h. daß die Zone 7 wechselweise unter
hohem und niederem Druck und die Zone 8 entsprechend unter niederem und hohem Druck
stehen. Zu diesem Zweck ist die Arbeitsfläche 1.6 des Hauptdichtungsringes i i mit
zwei getrennten schraubenförmigen Nuten 28, 29 versehen. Eine dieser Nuten 28 ist
bei 31 zur Zone 7 hin geöffnet und endet bei 32 zur Zone 8 hin abgeschlossen; während
die andere Nut 29 bei 33 zur Zone 8 'hin geöffnet ist und- bei 34, zur Zone 7 hin
abgeschlossen endet. Der einzelne Hilfsdichtungsring i9 der Fig. i und 2 ist in
dieser Ausführung durch zwei selbständige oder getrennte, im. Querschnitt
U-förmige
Dichtungsringe 35, 36 ersetzt, wobei jeder dieser Ringe so angeordnet ist, daß er
nur gegen Arbeitsmitteldrücke abdichtet bzw. auf diese anspricht, welche den anderen
passiert haben. Wenn somit 7 die Hochdruckzone ist und Druckarbeitsmittel aus dieser
Zone in Richtung des Pfeiles 37 wirkt, so passiert dieses Arbeitsmittel den Ring
35 und wird durch den Ring 36 abgedichtet; wenn hingegen 8 die Hochdruckzone ist,
so passiert das aus dieser Zone heraus in Richtung des Pfeiles 38 wirkende Arbeitsmittel
den Ring 36 und wird durch den Ring 35 abgedichtet. Gleichzeitig verschiebt sich
die Drucklinie in axialer Richtung zwischen den Linien 39, 4o hin und her und bildet
somit selbsttätig die erforderlichen Druckzonengrenzen.
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Fig. 4 zeigt eine im wesentlichen der Fig. i ähnliche Ausführung;
aber in diesem Falle ist das vom Hauptdichtungsring i i entfernt liegende Ende der
rohrförmigen Ausladung dieses Rings nicht nur mit einem Halteflansch 13, sondern
auch mit zwei zylindrischen Flächen 42, 43 zur Aufnahme von Seitenkräften versehen.
Eine dieser Flächen 42 ist auf dem Flansch 13 angebracht und dient als radialer
Träger gegenüber der umgebenden zylindrischen Fläche des Gehäuses 6, während die
andere Fläche 43 auf der entgegengesetzten Seite des Flansches liegt und eine Gleitverbindung
für die äußere zylindrische Fläche des Körpers 5 darstellt. Der Spielraum 22 ist
in diesem Fall durch eine in die Fläche 43 eingearbeitete schraubenförmige Nut 44
mit der Niederdruckzone 8 verbunden.
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In der Praxis hängt die optimale Stärke des Hauptdichtungsrings i
i von einer Anzahl unterschiedlicher Faktoren ab, z. B. der Druckdifferenz zwischen
den Zonen 7 und 8 und dem Werkstoff des Rings i i. Dieser muß durch die Druckdifferenz
elastisch verformbar sein, so daß dadurch seine Arbeitsfläche 16 merklich dichter
gegen die Arbeitsfläche des mit ihm zusammenwirkenden Stückes gedrückt wird.
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Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Bauteil, welcher,
auf die Flüssigkeitsdichtung bezogen, beweglich ist, an einem Gehäuse 6 befestigt,
in dem sich ein Körper 5 in Form einer Stange oder Welle bewegen soll. Es ist jedoch
ersichtlich, daß eine solche Dichtung gleicherweise an einem Innenkörper, wie beispielsweise
einem Kolben, befestigt werden kann, der relativ zu einem Außenkörper, z. B. einem
Zylinder, beweglich ist.
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Wenn darüber hinaus die Dichtung große Arbeitstemperaturenspannen
oder -bereiche ertragen muß, wird der Hilfsdichtungsring i9 (Fig. 1, 2 und 4) oder
werden die Ringe 35, 36 (Fig. 3) vorzugsweise aus Metall anstatt aus synthetischen
Gummiverbindungen hergestellt.