DE974773C - Dichtungsmanschette fuer druckluftbeaufschlagte Kolben - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 27. APRIL 1961

St ₇277 XU 147 f

Franz Salansky, Wien

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung betrifft eine in der umlaufenden Einschnürung eines druckluftbeaufschlagten Kolbens angeordnete, im Querschnitt U-förmige Dichtungsmanschette aus homogenem, elastischem Material, deren äußerer Schenkel am Ende nach außen hin abgeschrägt und mit einem über den stegförmigen Teil hinausreichenden zylindrischen Fortsatz versehen ist. Dichtungsmanschetten dieser Art sind bekannt. Sie legen sich mit dem äußeren Mantel des einen U-Schenkels ganz an die Zylinderwand an. Auch wenn die Zylinderwand bei Inbetriebnahme des Bremszylinders ausreichend eingefettet wurde, wird das Schmiermittel schon nach wenigen Kolbenhüben unter der Wirkung der Beaufschlagung mit Druckluft von dem an der Zylinderwand gleitenden Mantel vor und hinter diesen abgepreßt, so daß die Dichtungsmanschette nach einer gewissen Betriebszeit im Zylinder trocken läuft. Hierdurch wird eine rasche Abnutzung hervorgerufen. Der häufige Austausch abgenutzter Manschetten würde eine ernste Betriebsstörung bedeuten, da die Fahrzeuge aus dem Betrieb herausgenommen werden müßten, ohne daß außer dem Austausch der Dichtungsmanschetten noch andere Reparaturarbeiten erforderlich wären. Für den praktischen Eisenbahnbetrieb scheiden daher alle Vorschläge aus, welche innerhalb der üblichen, in längeren Zeitabständen erforderlichen Revisionen weitere Stillstandzeiten bedingen. Da die einwandfreie, für den Dauerbetrieb wichtige Schmierung bei den bekannten Dichtungsmanschetten bisher nicht erzielbar war, hat sich die Praxis weiterhin mit Leder-

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manschetten beholfen, obgleich die sonstigen Nachteile derselben allgemein bekannt sind.

Auch eine in Topfform vorgeschlagene Gummimanschette mit einem kleinen Fettraum schafft keine Abhilfe gegen den Trockenlauf, weil dieser Fettraum allseitig gegen die Zylinderwandung abgeschlossen ist, so daß ein wirksamer Zutritt von Fett zu den an der Zylinderwand gleitenden Abschlußflächen nicht möglich ist. Das Fett verbleibt Ίο vielmehr im Fettraum eingeschlossen und verharzt infolge seines ständigen Ruhezustandes. Selbst wenn aber eine Verformung der Lippenpartien erfolgen sollte, wie z. B. auch bei den ferner bekannten Doppellippenmanschetten, so würde eine durch eine solche unter dem Einfluß einer Beaufschlagung mit Druckluft erfolgende Verformung zeitweilig bedingte Verkleinerung des Fettraumes einen Teil des Fettes aus diesem über die Lippen hinaus nach außen drücken; vergrößert sich der Fettraum nach Aufhören der Druckluftbeaufschlagung, so verhindern jedoch die Dichtlippen einen Wiedereintritt von Fett in den Fettraum. Schon nach mehrmaliger Beaufschlagung ist das gesamte Fett aus dem Fettraum hinausgepreßt und wird beim Hin- und Hergang des Kolbens von den Dichtungslippen oder Abschlußpartien des Fettraumes zu beiden Seiten der Manschette bis an die Zylinderenden weggeschoben, so daß trotz der Anwesenheit von Fett im Zylinder ein radierender Trockenlauf der Gummimanschette im Zylinder erfolgt.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß die im drucklosen Zustand gegen die Zylinderwand geneigte und im Bereich ihrer Randkante ständig an der Zylinderwand unter Spannung anliegende Lippenpartie des äußeren Schenkels durch mindestens eine umlaufende, im Bereich des Steges den Querschnitt des Schenkels unter das Maß der mittleren Schenkelstärke schwächende Rille oder mehrere sektorartig über den Umfang verteilte Ausnehmungen von dem in allen Betriebsphasen von der Zylinderwand distanzierten, zylindrischen Fortsatz abgesetzt ist und sich unter dem zunehmenden Druck des Druckmittels auf ihrer ganzen Länge an die Zylinderwand anlegt, so daß der zwischen dem äußeren Schenkel der Manschette und der Zylinderwand gebildete Schmiermittelraum während des Betriebs abwechselnd vergrößert und verkleinert wird. Im folgenden ist die Wirkungsweise unter Annahme des Anschlusses des Lippenteiles an den Steg des U-Profils unter Ausbildung der Materialverschwächung in Form einer umlaufenden Rille erläutert.

Die erfindungsgemäße Gestaltung gewährleistet eine ausreichende Schmierung der aneinandergleitenden Teile des Kolbens und des Zylinders und sichert daher eine lange Verwendungsdauer dieser Teile. Wird nämlich Preßluft in den Zylinder eingelassen und dringt diese während der Kolbenbewegung in den U-förmigen Ringraum der Manschette ein, so wird — unter Anlegen der Manschette im U-förmigen Bereich an die Zylinderwandung — die Rille zusammengedrückt; diese Formveränderung unter Verkleinerung des Rillenquerschnittes kommt besonders stark zur Auswirkung, wenn die Manschette an oder nahe ihrem U-Schenkel an der Kolbenplatte axial abgestützt ist. Durch die Zusammenpressung der Rille wird aus dieser eine für die Schmierung ausreichende Schmiermittelmenge an die Zylinderwandung gepreßt. Bei Abstellen der Preßluftzufuhr und beim Rückgang des Kolbens nimmt die Rille wieder ihre ursprüngliche Gestalt an, wodurch Schmiermittel von der Zylinderwandung in die Rillenausnehmung hineingesaugt wird. Auch die Manschette sucht ihre normale, zur Zylinderwandung von der Rillenbegrenzung divergierende Lage wieder einzunehmen, wobei Schmiermittel auch in den an die Rille gegen die Randkante der Lippe anschließenden Ringraum zurückgelangt.

Für die Manschette der Erfindung ist charakteristisch, daß der durch die Rille unter Materialverschwächung an den Steg angeschlossene Lippenteil bei seinen durch die intermittierende Druckbeaufschlagung bedingten Formänderungen um seine äußere Randkante zur Zylinderwand hin- bzw. von dieser weggeschwenkt wird.

Durch diese intermittierende Formänderung des Lippenteiles ergibt sich also bei jedem Hin- und Rückgang des Kolbens eine Pulsationsbewegung, welche das Schmiermittel periodischen Bewegungsimpulsen unterwirft und damit unter Vermeidung jedweder Möglichkeit zur Verharzung eine gute Verteilung des Schmiermittels auf alle aneinandergleitenden Partien unter ständiger Wiederholung des Schmiervorganges gewährleistet. Die Erfindung gewährleistet damit durch lange Zeit einen klaglosen Dauerbetrieb.

Bei hydraulischen Bremsen vorgesehene Manscherten mit U-Profil unterscheiden sich schon in ihrer äußeren Gestaltung wesentlich vom Erfindungsgegenstand, indem an Stelle des bei der Erfindung umlaufenden Ringspaltes zwischen der unterhalb der Rille vorgesehenen Mantelpartie bloß einige axiale Durchlässe angeordnet sind. Ein zylindrischer Fortsatz im Sinne der Erfindung fehlt. Die umlaufende Rille ist nicht im Bereich des Steges vorgesehen, sondern zwischen diesem und der Dichtlippe, also etwa in der Mitte des am Zylinder anliegenden Mantels selbst. Die Druckbetätigung erfolgt nicht — wie bei der Erfindung — pneumatisch, sondern hydraulisch, so daß das für die Erfindung maßgebende Problem der trockenen Reibung überhaupt nicht auftreten kann. Überdies ist bei den Manschetten hydraulischer Bremsen das periodische Abheben der Dichtungslippe von der Zylinderwand funktionsbedingt, wobei die Verschwenkung der oberhalb der Rille befindlichen Lippenpartie um die Rille erfolgt. Beim Erfindungsgegenstand bedingt das funktionsmäßig ständige Anliegen der Dichtungslippe an der Zylinderwand die geschilderte gänzlich anders geartete Verformung, wodurch erst der pulsierende Schmiereffekt beim pneumatischen Betrieb der Erfindung möglich und gewährleistet ist.

In der Zeichnung ist lediglich ein Ausführungsbeispiel in einem Axialschnitt unter Beschränkung auf eine Hälfte des Kolbens dargestellt, ohne daß die Erfindung darauf eingeschränkt sein soll. Die dargestellte Gestalt der Manschette entspricht dem Einbauzustand vor Beaufschlagung des Kolbens durch Druckluft.

Die Kolbenplatte 5 ist mit dem von der Kolbenfeder 11 umgebenen Kolbenführungsrohr 4 mittels des Teiles 1 und der konischen Flächen 3 starr verbunden, an welchem sich die Kolbenstange 2 abstützt.

Zur Aufnahme der U-förmigen Manschette ist an der Kolbenplatte 5 eine umlaufende Einschnürung 10 ausgebildet, an deren zur Kolbenachse umlaufende Schulter sich die am inneren Schenkel 8 der Manschette ausgebildete achsnormale Kreisringfläche 15 abstützt. An Stelle einer umlaufenden Schulter können auch einzelne über den Umfang verteilte Vorsprünge vorgesehen sein, welche in gleicher Weise wie die Schulter eine verschiebungsfreie Festhaltung der Manschette an der Kolbenplatte gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Manschette ist beim Ausführungsbeispiel mit einer umlaufenden Rille 13 dargestellt, welche im Bereich des Steges 6 angeordnet ist. Es können auch mehrere zueinander parallele Rillen oder mehrere insbesondere gegeneinander versetzte parallele, nur über Sektoren verlaufende rillenartige Ausnehmungen vorgesehen sein.

Beim Ausführungsbeispiel sind die Dimensionen der Manschette in bezug auf die Kolbenplatte 5 derartig gewählt, daß der Innendurchmesser der zentralen freien Kreisfläche der Manschette, also der Innendurchmesser des inneren Schenkels 8, vor dem Aufbringen der Manschette auf die Kolbenplatte etwas kleiner ist als der Durchmesser der Einschnürung 10 der Kolbenplatte. Nach dem Aufbringen auf die Kolbenplatte sitzt die aus elastischem Material, insbesondere ölfestem Gummi, bestehende Manschette mit Spannung in der Einschnürung 10 der Kolbenplatte. Die Dimensionen der Manschette sind nun so gewählt, daß sie nach Aufspannung auf den Kolben im Bereich der Randkante 20 ihrer Lippenpartie 21 einen etwas größeren Durchmesser aufweist als der Durchmesser der Innenwand 19 des Zylinders 12. Dann liegt die Randkante 20 nach dem Einbringen des Kolbens in den Zylinder unter Vorspannung an der Zylinderwand 19 an. In diesem vorgespannten Zustand zeigt das Ausführungsbeispiel also, daß vor dem Einlaß der Druckluft in den Zylinder ein Anliegen des äußeren Schenkels 7 der Manschette an der Zylinderwandung 19 auf die Randkante 20 der Lippenpartie 21 beschränkt ist. Diese Randkante 20 ist mit besonderem Vorteil an einer im Querschnitt keilartigen Verjüngung 23 des Schenkels 7 gebildet. Von dieser an der Zylinderwandung 19 anliegenden Randkante 20 erstreckt sich der Schenkel 7 mit geringem Neigungswinkel 14, insbesondere nach einem Kegelmantel 24, gegen die im Bereich des Steges 6 des U-Profils vorgesehene Rille 13, von welcher nach der anderen Seite der zylindrische Fortsatz absteht. Wie die Zeichnung zeigt, ist der Außenmantel 25 dieses Fortsatzes 9 von der Zylinderwand 19 in allen Betriebsphasen distanziert, so daß keine der Randbegrenzungen der Rille 13 vor dem Druckeinlaß in den Zylinder an der Zylinderwand 19 anliegt. Der Idealzustand wird natürlich im praktischen Betrieb nur mit mehr oder weniger Abweichung und bei waagerecht liegendem Zylinder nicht über seinen ganzen Umfang restlos verwirklicht sein können. Bei Wahl eines entsprechenden elastischen Materials für die Manschette kann er aber mit großer Annäherung erreicht werden.

Wird in den Zylinder 12 nunmehr durch den Einlaßstutzen 18 Druckluft eingelassen, so verformt sich unter dem Einfluß des Druckes die Manschette. Ihr Außenschenkel 7 wird unter Verschwenkung seiner Lippenpartie 21 um deren die eigentliche Dichtlippe bildenden Randkante 20 mit seiner Lippenpartie 21 an die Zylinderwand 19 angepreßt. Je nach dem Ausmaß der pneumatischen Beaufschlagung wird die Mantelhöhe der Berührungszone der Lippenpartie 21 mit der Zylinderwand 19 verschieden groß sein. Maximal kann unter Druckbeaufschlagung die Lippenpartie 21 mit ihrer ganzen Mantelhöhe 22 an die Zylinderwand 19 angepreßt sein.

Durch die Druckbeaufschlagung verformt sich auch die Rille 13. Sie wird zusammengedrückt. Der die U-Schenkel verbindende Quersteg 6 stützt sich auf den Rand 16 der Kolbenplatte ab, so daß dieser ein axial wirksames Widerlager für die Manschette gegen Kräfte 17 bildet, die — in der Zeichnung betrachtet — von oben auf die Manschette einwirken. In dieser Richtung wirkt auch die den Arbeitshub des Kolbens bewirkende Preßluft, und es ist an Hand der Zeichnung leicht einzusehen, daß solche Kräfte 17 gerade bei Anordnung eines axial wirksamen Widerlagers 16 für die Manschette eine besonders starke Zusammenpressung des Querschnittes der Rille 13 zur Folge haben müssen.

Beim Zusammendrücken der Rille 13 wird das vor der Montage in die Rille eingebrachte Fett zum Teil aus der Rille herausgepreßt und daher an die Zylinderwand 19 abgegeben. Dieser Vorgang findet während der Kolbenbewegung unter dem Einfluß der Druckluft statt. Bei der Rückbewegung des Kolbens unter dem Einfluß der Kolbenfeder 11 nimmt die Manschette mangels Druckes wieder ihre normale Form an, die etwa der Darstellung in der Zeichnung entspricht. Die Rille 13 weitet sich wieder auf ihr Normalmaß auf, wodurch eine Saugwirkung auf die Zylinderwand ausgeübt wird. Dies hat zur Folge, daß überschüssiges Fett von der Zylinderwand 19 wieder in die Rille 13 und in den Keilspalt zurückgelangt, der sich nach dem Aufhören der pneumatischen Beaufschlagung von der Rille 13 bis gegen die Randkante 20 der Dichtungslippe wieder öffnet.

Diese Art Atmung der Manschette gewährleistet nicht nur eine ständige Schmierung der Zylinder-

wand mit einer bisher nicht erreichten Gleichmäßigkeit, sondern auch eine Schmierung der an der Zylinderwand mit wechselndem Flächenausmaß gleitenden Mantelteile der Manschette in dem erwünschten Ausmaß. Daraus erklärt sich, daß in der Praxis eine nach rund iooooo Bremsungen vorgenommene Untersuchung eine tadellose Fettung der Zylinderwand feststellen ließ.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. In der umlaufenden Einschnürung eines druckluftbeaufschlagten Kolbens angeordnete, im Querschnitt U-förmige Dichtungsmanschette aus homogenem, elastischem Material, deren äußerer Schenkel am Ende nach außen hin abgeschrägt und mit einem über den stegformigen Teil hinausreichenden zylindrischen Fortsatz versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die im drucklosen Zustand gegen die Zylinderwand C¹9) geneigte und im Bereich ihrer Randkante (20) ständig an der Zylinderwand unter Spannung anliegende Lippenpartie (21) des äußeren Schenkels (7) durch mindestens eine umlaufende, im Bereich des Steges (6) den Querschnitt des Schenkels unter das Maß der mittleren Schenkelstärke schwächende Rille (13) oder mehrere sektorartig über den Umfang verteilte Ausnehmungen von dem in allen Betriebsphasen von der Zylinderwand distanzierten zylindrischen Fortsatz (9) abgesetzt ist und sich unter dem zunehmenden Druck des Druckmittels auf ihrer ganzen Länge an die Zylinderwand anlegt, so daß der zwischen dem äußeren Schenkel der Manschette und der Zylinderwand gebildete Schmiermittelraum während des Be- 35· triebs abwechselnd vergrößert und verkleinert wird.
2. 2. Dichtungsmanschette nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Kolbenplatte (s) mit seiner äußeren Mantelfläche an- liegende innere Schenkel (8) des U-förmigen Profils der Dichtungsmanschette an seinem freien Ende eine zur Kolbenachse senkrecht stehende Kreisringfläche (15) aufweist, die in eine gegen den U-förmigen Ringraum der Manschette geneigte Kegelstumpffläche übergeht, daß die die Manschette tragende, in der Kolbenplatte (5) vorgesehene Einschnürung (10) in der Umrißlinie ihres Querschnittes mit dem Profil des der Kolbenplatte zugewendeten Teiles der Manschette übereinstimmt und daß sich der innere Schenkel der Manschette mit der Kreisringfläche (15) gegen die Schulter der Einschnürung (10) abstützt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 615497, 647275, 707049, 843780, 590921, 602801, 838980, 763402;

   USA.-Patentschriften Nr. 2 054 863, 1 707 063, ι 988 395, ι 847 402, 2 442 020, 2 142 190,
   2386668, 2489 715;

   deutsche Patentanmeldung ρ 47039 XII/47 f D (bekanntgemacht am 24. 8. 1950);

   Mitteilungen des Simritwerkes Nr. 652—654/52

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 509 568/227 10.55 (109 561/2 *. 61)