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Gleitdichtung für eine Stangenführung
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Die Erfindung betrifft eine Gleitdichtung für eine Stangenführung
mit einer axial mit Stangenlager abgestützten Lagerbüchse aus PTFE-Kunststoff, in
der die Stange gleitbar und/ oder drehbar gelagert ist, und einem zwischen Kunststoffbüchse
und Stangenlager angeordneten, unter Radialdruck stehenden O-Ring aus elastischem
Material.
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Bei einer bekannten Gleitdichtung dieser Bauart sind sowohl der O-Ring
als auch die Lagerbüchse in einer im Querschnitt rechteckigen Ringnut des Stangenlagers
angeordnet, wobei der O-Ring die auf del- Stange sitzende Lagerbüchse aus PTFE-Kunststoff
radial umgibt. Die Lagerbüchse ist an den axialen Wänden der Ringnut abgestützt,
so daß sie sich ir axialer Richtung nicht verschieben kann. Da der O-Ring zwischen
der radialen Wand der Ringnut bzw. den Nutengrund und der Lagerbüchse aus PTFE-Kunststoff
eingezwängt ist, somit in erster Linie radial zusammengepreßt wird, erfolgt eine
radiale Belastung der Lagerbüchse nach innen, so daß diese unter Flächenpressung
auf der Stange aufsitzt.
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Bei der abzudichtenden Stange handelt es sich zumeist um die Kolbenstange
einer Kolben-Zylinder-Einheit, die in der Lagerbüchse aus PTFE-Kunststoff hin- und
herbewegt wird. Sie kann jedoch beispielsweise auch eine lediglich drehbare Ventilstange
sein. Außerdem sind Kombinationen aus Axial- und Drehbewegung möglich.
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Infolge der Kompressibilität des O-Rings kann sich nun jedoch die
Lagerbüchse innerhalb der Nut radial verlagern, so daß es zu einem Anstreifen der
metallischen Stange am metallischen Stangenlager kommen kann. Um dies zu vermeiden,
weist die bekannte Gleitdichtung eine zweite Lagerbüchse aus PTFE-Kunststoff auf,
die druckseitig der ersten Lagerbüchse vorgelagert ist. Diese zweite Lagerbüchse
ist in einen entsprechenden Ringnut nicht nur axial sondern. auch radial abgestützt,
so daß die Kolbenstange zentrisch geführt ist. Bereits diese zweite Lagerbüchse
stellt einen zusätzlichen Aufwand dar.
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Hinzu kommt bei der bekannten Bauform noch ein drittes Dichtelement
in Form einer zur Atmosphäre od. dergl. hin angeordneten, in einer weiteren Ringnut
sitzenden Dichtlippe aus ähnlichen Material wie der O-Ring, nämlich einem Gummi
od.
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dergl. Letztere soll lediglich das Eindringen von Verschmutzungen
in die eigentliche Dichtung verhindern, sobald die Stange sich wieder zur Druckseite
hinbewegt.
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Ein Nachteil ist ferner darin zu sehen, daß die bekannte Gleitdichtung
zwar gegen hohe Dichte gut abdichtet, bei niedrigen Drücken jedoch, bis etwa 1 Atü,
in ihrer Dichtwirkung erheblich nachläßt und somit unzulässige Leckagen auftreten.
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Schließlich erfolgt die Abdichtung in erster Linie an der ersten,
von dem O-Ring komprimierten Lagerbüchse aus PTFE-Kunststoff, während die zweite,
druckseitig vorgelagerte Lagerbüchse in erster Linie der radialen Führung der Stange
dient. Somit kann das unter Druck stehende, abzudichtende
Medium
die zweite Lagerbüchse überwinden und in den Zwischenraum zwischen den beiden die
Lagerbüchsen aufnehmenden Ringnuten eintreten. Ein Entfernen des Mediums aus diesem
Zwischenraum bzw. eine Reinigung desse'ben ist ohne Demontage der Stangenführung
nebst Gleitdichtung nicht möglich, was insbesondere dort nachteilig ist, wo verderbliche
Stoffe das Medium bzw. Druckmittel bilden, beispielsweise flüssige Nahrungsmittel.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird deshalb darin gesehen,
eine Gleitdichtung der geschilderten Bauart nicht nur einfacher auszubilden, sondern
mit ihr auch eine verbesserte Abdichtung, insbesondere im Niederdruckbereich zu
erzielen, sowie die Möglichkeit zu gewährleisten, eine einwandfreie Reinigung der
Dichtung ohne Notwendigkeit einer Demontage vorzunehmen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Stangenlager
druckseitig eine radiale Innenschulter vorgesehen ist, an deren der Druckseite abgelegenen
Bundfläche, der O-Ring anliegt, daß die Lagerbüchse zusätzlich radial abgestützt
ist und an ihrem druckseitigen Ende einen sich zu ihrem Ende hin nach innen verjüngenden
Umfangsabschnitt aufweist, an dem der O-Ring anliegt, und daß die Lagerbüchse axial
auf den O-Ring zu verschiebbar ist.
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Zunächst einmal wird die erfindungsgemäße Gleitdichtung aus lediglich
zwei Teilen gebildet, nämlich der besonders gestalteten Lagerbüchse aus PTFE-Kunststoff
und dem O-Ring.
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In beiden Fällen wird an sich bekanntes Material verwendet, nämlich
eine Kautschuk-Mischung od. dergl. für den O-Ring und einem Polytetrafluoräthylen
(PTFE) für die Lagerbüchse, wobei in diesem Kunststoff kristallines Material und/oder
andere formstabilisierende Stützkomponenten eingelagert
worden sein
können, so daß dieser Kunststoff verbesserte Gleiteigenschaften aufweist und infolge
größerer Eigensteifigkeit auch spanabhebend bearbeitbar ist.
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Durch die radiale Abstützung der Lagerbüchse im Stangenlager erfolgt
eine einwandfreie, axiale Führung der Stange, wie sie beim Stand der Technik von
der zweiten Lagerbüchse überr.ommen werden muß. Die eigentliche Abdichtung erfolgt
an dem verjüngten Umfangsabschnitt, wobei der zwischen diesem Umfangsabschnitt und
dem Stangenlager angeordnete, unter Radialdruck stehende O-Ring den Umfangsabschnitt
an den Umfang der Stange anpreßt. Der O-Ring ist dabei zwischen dem sich nach innen
verjüngenden, zweckmäßig in einer Lippe auslaufenden Umfangsabschnitt der Lagerbüchse
und der Bundfläche bzw. dieser Bundfläche und der Zylinderfläche des Stangenlagers
zusammengedrückt, während die Lippe zwischen dem O-Ring und dem Umfang der Stange
eingeklemmt ist. Es hat sich erwiesen, daß sich durch diese Ausgestaltung bereits
im Niederdruckbereich eine zuverlässige Abdichtung gegenüber dem auf der Druc]cseite
angeordneten Medium erzielen läßt.
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Darüber hinaus ist der Bereich, in den das Druckmittel vordringen
kann, für. Reinigungszwecke gut zugänglich. Dies ist insbesondere dort von Bedeutung,
wo Lebensmittel, Pharmazeutika od. dergl. das Druckmedium bilden, beispielsweise
bei der Förderung derartiger Stoffe durch Dosierpumpen, die eine Kolbenstange od.
dergl. aufweisen, welche durch die erfindungsgemäße Gleitdichtung abzudichten ist.
Bei der Dosierung von Milch und Milchprodukten, zum Beispiel Joghurt, ist eine zumindest
tägliche Reinigung der ver-wendeten Dosierpumpen erforderlich, was bisher nur unter
schwierigen Umständen und recht mangelhaft möglich war. Hier schafft die erfindungsgemäße
Gleitdichtung Abhilfe, da dem geförderten Medium lediglich der druckseitige Raum
zwischen der Innenschulter des
Stangenlagers, dem O-Ring, einem
Teil des verjüngten Umfangsabschnitts der Lagerbüchse und dem druckseitigen Teil
der Stangenumfangsfläche zugänglich ist. Dieser Bereich ist jedoch in gleicher Weise
einer Reinigungsflüssigkeit zugänglich, die bei erforderlichen Reinigungsvorgängen
anstelle des zu fördernden Mediums eingespeist wird. Somit läßt sich beispielsweise
eine Dosierpumpe für das Dosieren und Abfüllen von Joghurt in Joghurtbecher nach
Beendigung des Abfüllvorgangs einwandfrei sterilisieren. Dabei muß es sich bei der
zur Reinigung verwendeten Medien nicht unbedingt um Flüssigkeiten handeln, jene
können vielmehr auch von Dämpfen oder Gasen gebildet werden.
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Zweckmäßig ist der Übergang zwischen der Bundfläche der radialen Innenschulter
des Stangenlagers und der die Lagerbüchse radial abstützenden Stangenlagerfläche
eine umlaufende Ausrundung, um eine besonders gute Abstützung für den o-Ring zu
bilden. Vorteilhaft entspricht der Radius dieser Ausrundung etwa dem Radius des
Querschnitts des O-Rings.
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Zur weiteren Verbesserung der Abdichtung hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, an der Innenfläche der Lippe einen Innenbund anzuordnen, zumal eine gewisse
Abnutzung der an der Stange anliegenden Lippenfläche bzw. auch ein gewisses Fließen
des PTFE-Kunststoffs der Lagerbüchse in diesem Bereich möglich sein könnte. Vorteilhaft
ist die axiale Höhe des Innenbunds kleiner als die axiale Höhe des Umfangsabschnitts.
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Um eine einwandfreie axiale Führung der Stange im Stangenlager bei
mäßiger Flächenpressung zu gewährleisten, wird eine a>iale Länge der Lagerbüchse
bevorzugt, die ein Mehrfaches ihrer Wandstärke beträgt.
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Wie oben erläutert, ist die Lagerbüchse axial auf den O-Ring zu verschiebbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist.
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die Lagerbüchse mittels einer Druckbüchse, die am der Druckseite abgewandten
Ende des Stangenlagers eingesetzt ist, stufenlos auf den O-Ring zu verschiebbar.
Auf diese Weise läßt sich sehr einfach der auf den O-Ring ausgeübte Radialdruck
vergrößern, welcher genau genommen im Hinblick auf den sich verjüngenden, schrägverlaufenden
Umfangsabschnitt ein kombinierter Radial- und Axialdruck ist. Gleichzeitig wird
dadurch die Lippe radial nach innen stärker zusammengedrückt. Wie man leicht entnimmt,
läßt sich hierdurch ein Nachstellen der Gleitdichtung erreichen, was beispielsweise
im Hinblick-auf einen Verschleiß der Dichtlippe, bzw. des radialen Innenbundes derselben,
von Vortei ist.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Ausführungsform der Gleitdichtung für eine Stangenführung
im Axialschnitt; Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 1; Fig.
3 eine weitere Ausführungsfcrm der in Fig. 1 dargestellten Lagerbüchse; Fig. 4 eine
Draufsicht auf die Lagerbüchse nach Fig. 3.
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Fig. 1 zeigt in Schnitt eine Gleitdichtung für die Führung einer Stange
1, beispielsweise der Kolbenstange einer nicht
gezeigten Kolben-Zylinder-Einheit.
Diese Gleitdichtung weist eine entsprechend der dargestellten Längsachse 2 axial
im Stangenlager 3 abgestützte Lagerbüchse 4 aus PTFE-Kunststoff, also einem Polytetrafluorätzylen,
in der die Stange 1 gleitbar gelagert ist. Zwischen der Kunststoffbüchse bzw. Lagerbüchse
4 und dem Stangenlager 3 ist ein unter Radialdrucistehender O-Ring 5 aus elastischem
Material angeordnet.
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Wie man aus Fig. 1 leicht entnimmt, füllt die Lagerbüchse 4 über den
größeren Teil ihrer axialen Länge den Raum zwischen dem Stangenlager 3 und der Stange
1 aus. Sie gewährleistet damit eine gute axiale Führung der Stange 1 im Gleitlager
3.
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Das für die Lagerbüchse 4 verwendete Material kann zweckmäßig modifiziertes
Polytetrafluoräthylen sein, in das beispielsweise kristalline Bereiche und/oder
andere formstabilisierende Stützkomponenten eingelagert sind und das spanabhebend
bearbeitbar ist.
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Erfindungsgemäß ist am Stangenlager 3 auf der Druckseite A eine radiale
Innenschulter 6 vorgesehen, an deren der Druckseite A abgelegenen Bundfläche 7 der
O-Ring 5 anliegt. Ferner ist die Lagerbüchse 4 zusätzlich radial abgestützt, wie
erläutert. Darüberhinaus weist die Lagerbüchse 4 an ihrem druckseitigen Ende einen
sich zu ihrem Ende hin nach innen verjüngenden, in einer Lippe 8 auslaufenden Umfangsabschnitt
9 auf, an dem der O-Ring 5 anliegt. Schließlich ist die Lagerbüchse 4 axial auf
den O-Ring 5 zu verschiebbar.
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Der Übergang zwischen der Bundfläche 7 und der die Lagerbüchse 4 radial
abstützenden Stangenlagerfläche 10 ist zweckmäßig eine umlaufende Ausrundung 11.
In dieser Ausrundung 11 findet der O-Ring eine besonders gute Halterung bei einer
Verschiebung
der Lagerbüchse 4 in Pfeilrichtung B. Der Radius der
Ausrundunc 11 entspricht deshalb etwa dem Radius des Querschnitts des 0-Rings 5.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform der Lagerbüchse
4 ist an der Innenfläche der Lippe 8 ein Innerbund 12 angeordnet. Dieser Innenbund
12 erbringt über seine Dichtfläche 13 eine zusätzliche Verbesserung der Dichtwirkung,
nicht nur im Hinblick auf den zu erwartenden Abrieb sondern auch auf die plastische
Verformung der Lippe 8 bzw. ihrer Innenfläche.
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Die axiale Höhe h des Innenbunds 12 ist vorteilhaft kleiner als die
axiale Höhe H des Umfangsabschnitts 9. Dadurch wird gewährleistet, daß die radiale
Flexibilität am Anfang des sich nach innen verjüngenden, in einer Lippe 8 auslaufenden
Umfangsabschnitts 9 nicht ungünstig hoch ist. Vielmehr verjüngt sich bereits die
Lagerbüchse 4 in Pfeilrichtung F (Fig. 3), bevor der Innenbund 12 beginnt.
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Die axiale Länge 1 der Lagerbüchse 4 beträgt ein Mehrfaches ihrer
Wandstärke t. Dies ist in dem weiter oben erläuterten Sinne für eine gute, koaxiale
und reibungsarme Führung der Stange 1 vorteilhaft.
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Bei der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Lagerbüchse
4 mittels einer Druckbüchse 14, die am der Druckseite A abgewandten Ene D des Stangenlagers
3 eingesetzt ist, stufenlos auf dem O-Ring 5 zu verschiebbar. Wie aus den Fig; 1
und 2 zu entnehmen, kann die Druckbüchse 14 dabei einen Flansch 15 aufweisen, der
mittels in das Stangenlager 3 einschraubbarer Bolzen 16 nebst Muttern od. dergl.
an das Stangenlager gezogen
werden kann, derart, daß die Lagerbüchse
4 gegen den kompressiblen O-Ring 5 geschoben wird. Infolge des abgeschrägten Umfangsabschnitts
9 resultieren dabei sowohl Radialals auch Axialkräfte, die auf den in der Ausrundung
11 gehaltenen O-Ring wirken. Der O-Ring 5 drückt dabei die Lippe 8 bzw. den Innenbund
12 Fig. 3> gegen die Umfangsfläche der in Richtung des Doppelpfeils E (Fig. 1)
hin und her bewegbaren Stange.
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Auf diese Weise wird nicht nur eine sehr gute Abdichtung bereits im
Niederdruckbereich erzielt, sondern es ist auch eine einwandfreie Reinigung und
Sterilisation auf der Druckseite A möglich, ohne daß die Gleitdichtung ausgebaut
werden müßte, da sowohl das jeweils zu fördernde Medium als auch die Reinigungsflüssigkeit
in Pfeilrichtung 17 nur Zutritt zu dem durch die Innenschulter 6 bzw. die Bundfläche
7, dem O-Ring 5, den druckseitigen Teil des Umfangsabschnitts 9 und die vorgelagerte
Stangenumfangsfläche gebildeten Ringraum haben. Es ist zu betonen, daß weder das
Druckmedium noch die Reinigungsflüssigkeit Zugang zu dem in Fig. 1 gezeigten Raum
18 haben, da der O-Ring 5 sowohl gegenüber der Ausrundung 11 als auch gegenüber
dem Umfangsabschnitt 9 einwandfrei abdichtet, zumal im Betrieb keinerlei Reibung
am O-Ring 5 auftritt, die Abstützung und Gleitführung der Stange 1 vielmehr allein
in der Lagerbüchse 4 erfolgt.