DE7318583U - Dichtungsanordnung für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen - Google Patents

Description

H /. ZILKEN f Stuttgarts ^

_ . Stlltsnburgilr. 1 (Hoehhaut)

Patent-Ing. τ.ι.ι_Οη 240922

Bankkonto: Glrokeise Stuttgart N>. 2 983 228 Postscheck : Stuttgart 4331 33

16. Mai 1973

Anmelderint Firma

Buealc + Luyken KG 7 Stuttgart 80 Breitwiesenstr. 27

Dichtung für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen

Die Erfindung betrifft eine Sichtung für hydraulische Kolben oder Kolbenstangen mit einem .Dichtring aus Kunststoff im wesentlichen auf der Polytetrafluoräthylenbasls als Berührungsdichtung zwischen ruhendem und bewegtem ho.ächinenteil und einem den Sicht ring radial spannenden und abdichtenden, gummielastischen Spannring.

Bei solchen Kolbenstangen- bzw. Kolbendichtungen

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let ee erforderlich, da£ eine geringe Leckage bei hin- und hergehender Bewegung aufrechterhalten bleibt. Zur reibung-saracn Abdichtung hin· und herbewegter Kolben und

rerwendet, bestehend au· eine» Kunststoffring mitlm wesentlichen rechteckige« Querschnitt »or Abdichtung de· relatir bewegten Spalt·· swiaohen den suelnander beweglichen Maschinenteilen und einen gummlelastlaehen Hing sur sekundären Abdichtung und Torspannung de· Kunststoffring··· Zum Zweoke der klaren Untersoheidung wird la folgenden der die bewegte Abdichtung bewirkende Kunatrtoffrlng al· Diohtrlng_f der radial infolge druokbedlngtor Querpreesung und ttberaÄ&bÄdinster Tcrspeaauag dsa Kuaststeffslag anpreestmde, gumlelastleche Sing al· Spannring beselohnet· I

Dichtring und Spannring werden in allgemeinen gemeinsam In einer Kut oder Ausnehmung dos aehäuses (als Stangenabdlohtung) bsw· de· Kolben· (al· Kolbenabdlehtumg) angeordnet. ItBT Spannring besteht im allgemeinen aus einem gummlelastisohen Sing mit krelsfdxmigem (O-Blng) oder reohteekförmigem Querschnitt, und seine radiale Symmetrieachse ist in Verlängerung der radialen Symmetrieachse des rechteokförmigen Slohtrings angeordnet. Infolge radialer Torepannung des Spannringe zwischen Nutgnmd und der dem bewegten Dichtepalt gegenüberliegenden äußeren (bei der Stangendlohtung) I bsw, inneren (bei der Kolbendichtung) Mantelfläche des

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Slehtrings wird der sekundäre Lookweg swisohen Slohtring und Vutgrund und Slohtrlng rosrsohlossen·

Sie jsftktisÄÄ *r*a*üfSKi· h&t »----&> ^aS *i* Heibungswerte eoloher Siehtungskomblnationen ror alles bei» Anfahren und bei kleinen Hubgeschwindigkeiten wesentlich geringer sind ale bei herkömmlichen Sichtungen alt gumlelaetisohen Bertthrfläehen aa bewegten Maeehinentell·

Sie praktiiohe Erfahrung selgte aber auoh, AeS die XoBbination aus Siohtring «it im weeentllehen reehteokigem Quereohnitt und Spannring etwa dasselbe Leelcverhalten wie die herkSasslishen ggssdelastischsn Beruhrttngsdichtungen aufweist _f Auoh hier bildet sich bei !^- und hergehender Bewegung infeige der Zähigkeit des absuAiehtenden 7IuIdS im bewegten Siohtspalt eine Sohleppströmung, die su ein«? Sohmierfilmbildung mit seitweiliger Trennung der abdichtenden BerUhrfläohen führt. Infolge der asjrmmetrlsehen Fressungs-▼ertellung in der Bertihrfläch· wird beim Tor- und Silokhub im allgemeinen ein unterschiedlich dicker Sohmierfilm ge« bildet ψ was sur Awfawwiiiytg yon absudlohtendem Fluid am niederdrückeeitige« aide des Bishtspalts und danlt «ur Leokage führt.

Aufgabe der rorliegenden Srfinduni; ist es_t durch eine geeignete formgebung für den Siehtring die leckage bei

Hin- und Herbewegung der Kolbenstange bzw« des Kolbens sau rerringexn, ohne die Reibungswerte zu erhöhen.

Die" ^ird »ash dsr SrflndunÄ d*4ttreh, erreicht, daß der Diohtring zusammen mit dem bewegten Maschinenteil einen zur Hiederdruokseite hin sich unter einem kleinen Winkel öffnenden Spalt bildet, wobei das hoohdruokseitige Sole der den Spalt bildenden Umfangsfläohe des Dichtrings in eine schmale Berührungsfläche mit dem bewegtem Maschinenteil übergeht und daß daran sich hochdruckseitig ebenfalls eine Erweiterung anschließt.

diese Kombination wird sichergestellt_f daß «ine mSgliohst kurze Berühraogexläcbe entsteht und as* hochdruckseitigen An-fang der Berührungsfläche ein möglichst ■teiler Anstieg der Flächenpressung zwischen Dichtring und abzudichtender Stiinge erreichbar ist, während am niederdruckseitigen. End« der Berührungsfläche ein möglichst flacher Abfall der Pläohenpressung eintritt, durch den hinter dem Ende der Berührua|jsfl*che sich zur niederdrückeeitlgen Stirn- _ fläche dee Dichtringee hin mit mögliciist Kl,©inem Winkel er-

j weiternden Keilspaltes· Weiterhin wird die Berührungsfläche

teilweise Toa radialen Anp-reßdruck dies Fluids und des Spannringes entlastet«

Wird beispielsweise bei einer Stangendichtung die

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Innenfläche (bei einer Kolbendichtung die Außenfläche) des Diehtringe konisch ausgebildet und gleichzeitig dit radiale Dicke des Dichtrings so ausgeführt, daß in Verbindung mit dem Elastizitätsmodul des Dichtring-Werkstoffs ein gegenüber der radialen Belastung durch den Spannring ausreichender Ums", ulpwidaratand des Dichtrings vorhanden ist, se entsteht beim Einbau des Dichtrings sowohl die erwünschte schmale Berühr zone ,| als auch die weschrisbsne günstige Prsssungs= verteilung in Verbindung mit dem sich nieder drucke eitig an» nähernd keilförmig öffnenden Spalt· Da bei steigendem Abdichtdruck eine weitere elastische Umetülpbewegung des Dichtrings den Winkel des Keilspalts verkleinert, wird gerade bei 1. her en Drücken der hydrodynamische Hüoktraneport von an der Glaitilächs haftendem Pluid begünstigt.

Der erwünschte stelle Anstieg der Flächenpressung am hochdruckseitigen Anfang der Berührfläohe wird durch möglichst scharfkantiges Absetzen an dieser Stelle erzeugt. Die Stelle, en der dieser Absatz angebracht wird, kanu auch von der hoohdruckseltigen Stirnfläche dee Dichtrings abgerüokt und weiter in den Dichtepalt hineingerückt werden. Dabei entsteht auf der Hochdruokeeit· vor der Berührfläch« eine Zone mit einem größeren Spalt, In den der abzudichtende Druck eindringt und dadurch eine üatLtstung der Berührfläohe torn radialen Anprefldruok bewirkt, der Ton der Eigenepannung des Dichtringe, von der übermaßbtdingten Vorpreesung dee

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Spannrings xuid von dem rom Spannring in radialer Richtung übertragenen Dichtdruok erzeugt

Der Dicht ring wird relativ sn seiner (tagendichtfläche so bemessen, daß die Solbenstange (die Zylinderbohrimg) gegenüber dem Durchmesser am hoehdruokseitigen Ende der sich zur Hiederdruckseite hin erstreckenden konischen Innenfläche (Auöenfläofee) das !Achtringe ein solches Übermaß (Untermaß) aufweist» daß bein Einbau eine im Terhältnis sur axialen Broite des Diehtring» sehr schmale Berührfläche entsteht«

In Yersuohen, bei denen ein O-Blng als Spannring verwendet wurde· ergab sieh als ein besonders günstiges Yerhältnis yon Länge zwischen hoohdntckseitiger Stirnfläche des Diehtrings und Anfang der Berührfläche but ftesamtläioge des Diohtrings der Wert 2i5. Der günstige Öffnungswinkel des niederdzuokseitigen Kellepalte lag swisohen 5° und 10°, wenn ein übliches Hydrauliköl abgedichtet wurde· ?ür «ädere fluide ergebeavBioh andere Optimalwerte der genannten Parameter·

Sine weitere günstige Baufora eines Diohtrings ergibt sioh₉ wenn die Berührfläche hechdruokseitig anstatt ron eiaem scharfkantigen Absatz durch einen sich eur Hoohdzuekselte hin öffnenden, konisohen Spalt begrenzt wird, dtr im Mittel einen wesezitlioh größeren öffnungswinkel aufweist als der

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Ieilepalt aaf der ITiederdruokeeite. Die Mamtellinle der den hochdruckseitigen Spalt bildenden Rotationsfläche des Sieht* rings kann dabei geradlinig bsw, konkav oder konvex gekrümmt sein« Da durch diese Formgebung der heehdruckseitlge Pressungsgradient in der Berührfläohe beeinflußt werden kann, stellt diese Formgebung ein Mittel dar, mit dem ein bestimmter Dichtring bezüglich der erwünschten Sehmlerfilmdioke optimiert werden kann« Auoh bei dieser Bauf orm entsteht durch den in den hochdruckseitigen Seilspalt eindringenden Druck eine teilweise Entlastung der Bertihrfläche von der radialen Anpreßkraft*

Bei allen Bauformen ergeben sich dann sehr günstige Verhältnisse, also kleine Leckage und geringe Reibungskräfte_t wenn die eigentliche Seiührsess äwisnhes Disätriag «ad Ve*·

im Verhältnis sur axialen Breite des

Diohtrings «ehr klein ausgeführt wird« Zm drucklosen Zustand liegt dieses Verhältnis in günstigen fallen im Bereich 5 % bis 20 %.

Die Lange des hoehdruckseitigea Spalte für den radialen Druckausgleich wird in Abhängigkeit vom erwünschten Verhältnis «wischen Heibung und Leckage variiert und liegt swisväsa und etwa 70 % der axialen Länge de| Diehtrings»

Wie die Erfindung im einseiften ausftlhrbar 1st» selgen die flg. 1 bis 5 in den Zeichnungen im Schnitt an einer ttangcnabdlohtung·

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In allen Figuren bedeutet ρ, den licfharen, abzudichtenden Druck, p_n den im allgemeinen niedereren Druck auf der anderen Seite der Dichtung· Der Dichtring 1 berührt infolge übermaßbedingter Eigenspannung und infolge der aus der Zusammenpressung des Spannrings 2 resultierenden Radialkreft die Oberfläche 3 des relativ zu i^m beweglichen Maschinenteils entlang einer gemeinsamen Berührfläche 4·

Ist die Aohse 1*1 DIE Ho tat ions Symmetrieachse, se handelt es sieh vw eine Kolben&bdichtung, die Achse II-II kennzeichnet hingegen eine Stangenabdichtung_c

Die axiale Länge B der Berührfläche 3 ist vorzugsweise sehr klein gegenüber der gesamten axial en Länge des Dichtrings,

In Fig. 1 weist der Dichtring einen scharfkantigen radialen Absatz 5 auf und auf der Hochdrucks ei te wird auf die Länge D ein (im Verhältnis zu der Sehmierfilmdicke zwinchen den Berührflächen bei Bewegung) verhältnismäßig großer Spalt zwischen der zylindrischen Mantelfläche 6 des Dielrtlrings 1 und der Oberfläche 3 des abzudichtenden Maschinenteils gebildet.

Der Druck p^ dringt ungedrosselt xn diesen Spalt ein und entlastet bis zum Absatz 5 in radialer Richtung die ihm entgegenwirkenden und die Flächenpressung in der Berührfläche

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bestimmenden radialen Kräfte des Dicht ring· 1 und des Spannringe 2. Durch. Variation der Läng« D kann der gewttaaohte G-ϊΉ,ά der ^itlaLStvui^ festgelegt werden. Biese Festlegung iat ein Kompromiß zwisohen Leckage auf der einen Seite und Verschleiß und Reibung der Siohtung auf der anderen Seite und sie hängt damit von den Einsatzbedingungen der Dichtung abο Zwischen Berührfläche und niederdruckseitiger Stirnfläche 7 1st am Dichtring 1 eine Kegelfläche β so angebracht, daß zwischen der Fläche 8 und der Oberfläche 3 ein ei oh In Richtung zur Stirrfläohe 7 hin erweiternder Keilspalt bildet. Der Winkel des Keilspalts ist wegen des eretrebtsn sanften Pressungsabfsile auf der Kiederdruakseits in der bei höhere» Brüsken infolgs £ippbevsgu«s d*· Binlitrings sich vergrößernden Berührfläohe klein und beträgt bei Dichtringen aus Kunststoff vorzugsweise 5° bia 10°.

In Pig, 2 ist die Kontur 9a zwischen der hochdrueks eitigen Stirnwand 10 und der gemeinsamen BerUhrfläche 4 am Dichtring konvex gekrümmt ausgeführt · Der E$tlastungseffekt tritt auch, hier ein. Das hochdruekseitige Ende des Dichtrings hat hier eine gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausführung höhere Steifigkeit_e

In Pig. 3 wird die Kontur 9b durch eine Kegelfläche mit geradliniger Kantellinie gebildet, wobei der Wiskel wesentlich gßßer als der äußere Winkel ausgeführt wird.

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Xn Fig. 4 let die Kontor $o konrex und es ergibt sieh dadurch wieder ein in besug auf eine geringe Schmierfilmdioke bei Bewegung der Oberfläche 5 in Riohtung T ('Forhub) günstiger» scharfkantiger Absats 5a am hoehdruokseitiges Side der Bertlhrfläohe·

Schließlich kann, etwa aus Gründen der rerteilhaftcn Herstellbarkeit, die Kontur auf der Hoohdruokseite wie in Flg. 5 dargestellt, aus swoi syllndrisohen Absätsen bsw· Ausdrehungen 9d und 9e oder allgemein aus mehreren fell·· stttoken mit stetigen oder unstetigen übergängen bestehen«

Patentansprüche s

- 11

Claims (1)

Patent-Ug. - 11 - 'J Stattgart J? AJ»·« Baeak ♦ Luyken 3 a Ansprüche

1. Dichtung Tür hydraulisch® Kolben oder Kolbenstangen mit einea Sicthtriag sub Sttarfcstöi* Im wsseatlichen ssf der Pe tetrafluoräthylenbasis als BerUhrunfradiohtung zwischen rohendea «nd bewegtem Maeehinenteil und einen, den Dicht* ring radial spannenden \and abdichtenden» gunmielastlaohen Spannring, dadaroh gekennzeichnet, daß «Ler Bioh^ring busammen nit Aea bewegten Masohlnentell (Zylinderbohrung oder

äinen sur Hiederdruckseite hin sich «nter

eines kleines. Winkel öffaeaden Spalt bildet, wobei das hochdsuokseltlge Snde der den Spalt bildenden Qmfangsfläehe des Sielitxl&gs in sins sohsude JBerührfläohe alt dem bewegten Kasohinenteil übergeht und dad daran sieh hoohdraekseitig ebenfalls eine Srwetterong aneoliließt.

2« Dichtung nftoh Anspruoh 1, dadurch gekennseiohnet, daß das hechdruelsseltige Bade der BerUhrflaehe in einem scharfkantigen, radialen Absafts des Diehtrings Übergeht.

diir Ansprüchen 1 und Z₉ daduroh gek:«miiseiohAst,

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daS der Dichtring zwischen dem radialen Absatz vc\d seiner hoohdruokseitigea Stirnfläche eine zylindrisch ausgedrehte Umfangsflache nach Art einer Stufe aufweist _t wobei der Spalt zwischen dieser fläche des Dichtringe und der Oberfläche des bewegten Maschinenteils mindestens 0,3 aim beträgt (Fig. 1)·

4· Dichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring so geformt ist, daß zwischen der Berührfläche und der hochdruckseltlgen Stirnfläche des Dichtringe ein eich in Hichtung Hochdruckeeite stetig erweiternder Spalt bildet (Jig, 2-4).

5β Dichtung^^iaeh Anspruch l_t, dadurch gekeimzaiohnet, daß der Diohtring so geformt 1st,, daß zwischen der Beruhrflache und der hochiiruckeeitigen Stirnfläche ein sich zur Hochdruckeeite hin in einer oder mehreren Stufen erweiternder Spalt bildet (71g· 5).

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