WO1994011657A1 - Anordnung zur abdichtung von hydraulikzylindern - Google Patents

Abstract

Zur gegenseitigen Abdichtung von teleskopartig ineinander verfahrbaren Hydraulikzylindern, denen als Druckmittel ausschließlich Wasser zuführbar ist, ist zum Erreichen einer optimalen Dichtheit ohne Verschleißerscheinungen erfindungsgemäß vorgesehen, daß in die sich zum Außenumfang des zylindrischen Druckkolbens (5) hin öffnende Ringnut (9) zwei in axialer Richtung übereinanderliegende, kreisförmige Querschnitte aufweisende Dichtungsringe (12, 13) angeordnet sind und daß die Nut (9), deren horizontale Breite größer ist als der Durchmesser der Dichtungsringe (12, 13), über den Druckkolben (5) durchdringende Kanäle (15, 16) mit dem als Hydraulikflüssigkeit dienenden Wasser derart beaufschlagt ist, daß die Dichtungsringe (12, 13) durch den Wasserdruck an die Innenwandung des außenliegenden Hydraulikzylinders (2) gepreßt sind.

Description

Anordnung zur Abdichtung von Hydraulikzylindern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für die gegenseitige Abdichtung von teleskopartig ineinander verfahrbaren Hydraulikzylindern, denen als Druckmittel ausschließlich Wasser zuführbar ist, mit einer umlau¬ fenden Dichtung in einer ümfangsnut des den innenlie¬ genden Zylinder tragenden Druckkolbens.

Bei teleskopartig ineinander verfahrbaren Hydraulikzy¬ lindern, bei dem jeder innenliegende Zylinder mit einem Druckkolben verbunden und durch diesen verfahren wird, ist üblicherweise als hydraulisches Medium öl oder Druckluft vorgesehen, das den jeweiligen Druckkolben durch entsprechende Beaufschlagung seiner unteren Stirnfläche nach oben verfährt oder bei Druckabsenkung ein Absenken ermöglicht. Die Abdichtung der einzelnen, in jeweils einem Zylinder gleitenden Druckkolben er¬ folgt dabei durch im Druckkolben außenliegende Dichtun¬ gen, die meist als Lippendichtungen oder Simmerringe ausgebildet sind.

Wenn als Hydraulikmedium ein öl verwendet wird, ist durch die hohe Viskosität des Mediums im allgemeinen eine Abdichtung unproblematisch, soweit Außendurchmes¬ ser des Druckkolbens und Innendurchmesser des außenlie¬ genden Hydraulikzylinders eine hinreichende Konzentri- zität aufweisen. Auch bei einer Verwendung von Druckluft als Hydraulik¬ medium bestehen wenig Probleme, da auch bei einer ge¬ ringen Undichtigkeit an der Dichtung vorbeiströmende Luft sich im Außenraum nicht störend oder unangenehm bemerkbar macht.

Erhebliche Schwierigkeiten treten jedoch dann auf, wenn als Hydraulikmedium Wasser in Form von Leitungswasser verwendet wird. Wegen der sehr geringen Viskosität von Wasser kann dieses auch durch geringste Dichtungsspalte hindurchtreten, die sich insbesondere bei solchen Tele¬ skopzylindern bei unterschiedlichen Toleranzen von Hydraulikkolben und Hydraulikzylinder oder bei einer geringfügigen Ovalität des Außenzylinders ergeben. Dar- überhinaus kann herkömmliches Leitungswasser durch un¬ terschiedliche Wasserhärte leicht zu mehr oder weniger starken Kalbablagerungen in den Dichtungsbereichen füh¬ ren, abgesehen davon, daß Wasser auch eine gewisse Ag¬ gressivität gegenüber Metallen aufweist.

Durch mögliche Dichtungsspalte übertretendes Wasser spritzt dann aus vorhandenen Spalten zwischen den ein¬ zelnen Zylindern nach oben heraus, was üblicherweise nicht in Kauf genommen werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu¬ grunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der eine opti¬ male Abdichtung derartiger teleskopartig ineinander verfahrbarer Hydraulikzylinder möglich ist, die nur einen geringen Aufwand erfordert und weitgehend war¬ tungsfrei und betriebssicher ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgese¬ hen, daß in der sich zum Außenumfang des zylindrischen Druckkolbens hin öffnenden Ringnut mindestens ein Dich¬ tungsring mit kreisförmigem und geringfügig größerem Durchmesser als die Höhe der Nut angeordnet ist und daß die Nut, deren horizontale Breite größer ist als der Durchmesser des Dichtungsringes, über den Druckkolben durchdringende Kanäle mit dem als Hydraulikflüssigkeit dienenden Wasser derart beaufschlagt ist, daß die Dich¬ tungsringe durch den Wasserdruck an die Innenwandung des außenliegenden Hydraulikzylinders gepreßt sind.

Es ist aber auch möglich, daß in der Ringnut zwei in axialer Richtung übereinanderliegende Dichtringe ange¬ ordnet sind.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn die axiale Länge der Nut geringfügig kleiner ist als die Summe der Durchmesser der beiden Dichtungsringe. Es ist dabei ausreichend, wenn die Länge der Nut etwa 2,5 % kleiner ist als der Durchmesser eines Dichtungsringes bzw. der beiden über- einanderliegenden Dichtungsringe.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Außendurchmesser der Dichtungsringe größer ist als der Innendurchmesser des angrenzenden Hydraulikzylinders. Dabei sollte der Außendurchmesser eines Dichtungsringes etwa 2,5 % größer als der Innendurchmesser des Hydraulikzylinders sein. Mit einer derartigen Anordnung und Gestaltung sind ein¬ mal die Dichtungsringe so aufeinandergepreßt, daß aus der Nut seitlich Wasser nicht austreten kann. Darüber- hinaus werden bei entsprechendem Wasserdruck von innen die Dichtungsringe zu ihrem vollen Durchmesser so auf¬ geweitet, daß sie sich dicht an die Innenwandung des Hydraulikzylinders anlegen.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die- Dichtungsringe aus einem elastischen Chloropren-Po- lymerisat, z.B. Neopren, bestehen und ihre Shore-A- Härte etwa 80 beträgt.

Bei einer Anordnung mehrerer , ineinander verfahrbarer Hydraulikzylinder ist es zweckmäßig, wenn die unterhalb des den innenliegenden Hydraulikzylinder verfahrenden Druckkolbens angeordneten weiteren Druckkolben eine großvolu ige axiale Durchgangsbohrung aufweisen, um nach Verfahren des unteren Druckkolbens bis zu seinem Anschlag auch die darüberliegenden Druckkolben mit Druck zu beaufschlagen.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Er¬ findung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch mehrere ineinanderlie¬ gende Hydraulikzylinder mit entsprechenden Druckkolben und je einem Dichtungsring in einer umlaufenden Nut, Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Dichtungsbe¬ reichs in einem solchen Druckkolben.

Fig. 3 einen Längsschnitt durch mehrere ineinanderlie- gende Hydraulikzylinder mit je zwei Dichtungs¬ ringen in einer Nut und

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt durch einen sol¬ chen Di.chtungsbereich.

Wie man aus Fig. 1 ersieht, sind beispielsweise drei teleskopartig ineinander verfahrbare Hydraulikzylinder 1, 2 und 3 vorgesehen, wobei der mittlere Hydraulikzy¬ linder 2 von einem im Hydraulikzylinder l abdichtend geführten Druckkolben 4 und der Hydraulikzylinder 3 von einem im Hydraulikzylinder 2 abdichtenden geführten Druckkolben 5 verfahren werden.

Als Hydraulikflüssigkeit dient dabei ausschließlich Wasser ohne eine zusätzliche Schmierflüssigkeit, wobei das Wasser unter Druck in Richtung des Pfeiles 6 zuge¬ führt wird.

Zur Abdichtung der Druckkolben 4 und 5 gegen die je¬ weils außenliegenden Hydraulikzylinder 1 bzw. 2 sind in die Druckkolben am Außenumfang Ringnuten 8 und 9 einge¬ schnitten, in die jeweils ein Dichtungsring 10 bzw. 11 eingesetzt ist. Dabei steht die Ringnut 8 über einen Kanal 12 mit der großen Durchgangsbohrung 7 und die Ringnut 9 über einen radialen Kanal 13 und einen axia¬ len Kanal 14 mit dem Flüssigkeitsraum 15 in Verbindung. Zur besseren Darstellung und Erläuterung der Dichtwir¬ kung ist in Fig. 2 ein Ausschnitt des Dichtbereiches im Druckkolben 5 näher dargestellt. Wie man daraus er¬ sieht, ist die Nut 9 breiter als der Durchmesser des Dichtringes 11, so daß sich das über die Kanäle 14 und 13 zuströmende Druckwasser über die Ringnut 9 verteilen und unter gleichmäßigem Druck den Dichtring 11 nach außen gegen die Innenwandung des Hydraulikzylinders 2 pressen kann. Der Dichtring 11 ist dabei in seinem Durchmesser geringfügig größer als die Höhe der Nut 9 und hat im gestreckten Zustand einen Außendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des Hydraulikzylinders 2. Dadurch ist sichergestellt, daß Flüssigkeit weder über den Kanal 16 zwischen Druckkol¬ ben 5 und Hydraulikzylinder 2 nach oben strömen kann, noch daß Flüssigkeit aus der Nut 9 an dem Dichtring 11 vorbei in diesen Spalt strömt.

Da der Wasserdruck primär zum Anheben der Druckkolben 4 und 5 und der zugehörigen Hydraulikzylinder 2 und 3 dient, wird damit gleichzeitig der gleiche Druck auf die Dichtringe ausgeübt, so daß diese damit eine si¬ chere Abdichtung bewirken. Auch bei Druckabsenkung und Einfahren der Hydraulikzylinder wirkt noch ein solcher Druck auf die Dichtringe, daß diese ihre Dichtstellung am jeweils außenliegenden Hydraulikzylinder beibehalten und auch in diesem Zustand ein Vorbeiströmen von Wasser verhindern.

Wie man aus Fig. 3 - bei der für gleiche Teile die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet sind - ersieht, sind zur Abdichtung der Druckkolben 4 und 5 gegen die jeweils außenliegenden Hydraulikzylinder 1 bzw. 2 in die Druckkolben am Außenumfang Ringnuten 18 und 19 eingeschnitten, in die jeweils zwei Dichtungs¬ ringe 20 und 21 bzw. 22 und 23 übereinanderliegend ein¬ gesetzt sind. Dabei steht die Ringnut 18 über einen radialen Kanal 12 mit der Durchgangsbohrung 7 und die Ringnut 19 über einen radialen Kanal 13 und einem daran anschließenden axialen Kanal 14 mit dem Flüssigkeits¬ raum 15 in Verbindung.

Zur besseren Darstellung und Erläuterung der Dichtwir¬ kung dieser Ausführungsform ist in Fig. 4 ein Aus¬ schnitt des Dichtbereiches im Druckkolben 5 näher dar¬ gestellt. Wie man daraus ersieht, ist die Nut 19, in die die beiden Dichtringe 22 und 23 eingesetzt sind, breiter als der Durchmesser der beiden Dichtringe 22 und 23, während sie in ihrer Höhe um etwa 2,5 % kleiner als die Summe der Durchmesser der beiden Dichtungsringe 22 und 23 sein soll. Darüberhinaus weisen die beiden Dichtungsringe 22 und 23 einen Außendurchmesser auf, der um etwa 3,0 % größer ist als der Innendurchmesser des angrenzenden Hydraulikzylinders 2.

Wenn nun über die Kanäle 13 und 14 Wasser unter erhöh¬ tem Druck in den freien Hohlraum der Nut 19 strömt, wirkt dieser Druck auch auf die beiden Dichtringe 22 und 23, die dann durch den Wasserdruck im entgegenge¬ setzten Sinn nach außen rollen, d.h. praktisch rei¬ bungsfrei auf ihrer Nutanlagefläche sich entlangbewe- gen, bis sie mit der Innenwandung des Hydraulikzylin¬ ders 2 in Kontakt kommen.

Durch den Wasserdruck werden also einmal die beiden Dichtringe 22 und 23 dicht an den Hydraulikzylinder 2 gepreßt und zum anderen wird dann der Druckzylinder 5 mit dem Hydraulikzylinder 3 durch den Wasserdruck ange¬ hoben. Durch diesen konstant auf die Dichtringe 22 und 23 einwirkenden. Druck und ihrer damit dichten Anlage an den Hydraulikzylinder 2 wird einmal verhindert, daß Wasser über den Kanal 13 in den darüberliegenden Spalt 25 zwischen Hydraulikzylinder 2 und 3 sowie durch den Spalt 16 zwischen Druckkolben 5 und Hydraulikzylinder 2 an den beiden Dichtringen 22 und 23 vorbei in den oben liegenden Spalt 25 dringen kann.

Bei einer Druckabsenkung zum Niederfahren der Hydrau¬ likzylinder wird durch die Pressung der Dichtringe 22 und 23 in der Nut 19 auch ein weiteres dichtes Anliegen an der Zylinderwandung 2 sicher gewährleistet, so daß auch dann kein Wasser nach oben austreten kann.

Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn die Dichtungsringe aus einem elastischen Chlorpren-Polyme- risat, wie z.B. Neopren (Warenzeichen der Firma Dupont) hergestellt sind und eine Shore-A-Härte von etwa 80 aufweisen. Damit ist eine hohe Dauerstandsfestigkeit und eine vernachlässigbare Dauerverformung sicherge¬ stellt. Derartige, mit Wasser betriebene Hydraulikzylinder eig¬ nen sich insbesondere für die Anwendung für Badehilfen mit einem in einer Badewanne hydraulisch absenkbaren und auffahrbaren Sitz, die im allgemeinen lediglich mit Leitungswasser unter Leitungswasserdruck betrieben wer¬ den. Jedoch ist auch jede andere Anwendung denkbar, bei der ein Hydraulikbetrieb allein mit Wasser ohne zusätz¬ liche Schmiermittel erfolgen muß. In jedem Falle ist mit der vorstehend beschriebenen Anordnung eine opti¬ male und praktisch verschleißfreie Dichtung zwischen den einzelnen Hydraulikzylindern gewährleistet. Ent¬ sprechende Versuche mit 5000 Hüben haben keinerlei Nachlassen der Dichtwirkung ergeben.

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung für die gegenseitige Abdichtung von tele¬ skopartig ineinander verfahrbaren Hydraulikzylin¬ dern, denen als Druckmittel ausschließlich Wasser zuführbar ist, mit einer umlaufenden Dichtung in einer Umfangsnut des den innenliegenden Zylinder tragenden Druckkolbens, dadurch gekennzeichnet, daß in der sich zum Außenumfang des zylindrischen Druckkolbens (4, 5) hin öffnenden Ringnut (8, 9, 18, 19) mindestens ein Dichtungsring (10, 11; 20, 21, 22, 23) mit kreisförmigem und geringfügig größerem Querschnitt als die Höhe der Nut (8, 9; 18, 19) angeordnet ist und daß die Nut (8, 9; 18, 19), deren horizontale Breite größer als der Durch¬ messer des Dichtungsringes (10, 11; 20, 21, 22, 23) ist, über den Druckkolben (4, 5) durchdringende Kanäle (7, 14, 12, 13) mit dem als Hydraulikflüs¬ sigkeit dienenden Wasser derart beaufschlagt ist, daß der Dichtungsring (10, 11; 20, 21, 22, 23) durch den Wasserdruck an die Innenwandung des außenliegenden Hydraulikzylinders (1; 2) gepreßt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringnut zwei in axialer Richtung über¬ einanderliegende Dichtringe (20, 21; 22, 23) ange¬ ordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Nut (18, 19) geringfügig kleiner ist als die Summe der Durchmesser der bei¬ den Dichtungsringe (20, 21; 22, 23).

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Nut etwa 2,5% kleiner ist als der Durchmesser eines Dichtungsringes.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Nut etwa 2,5 % kleiner ist als die der beiden Dichtungsring-Durchmesser.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Außendurchmesser der Dichtungs¬ ringe (10, 11; 20, 21; 22, 23) größer ist als der Innendurchmesser des angrenzenden Hydraulikzylin¬ ders (1; 2) .

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Dichtungsringe (10, 11; 20, 21; 22, 23) etwa 3 % größer ist als der In¬ nendurchmesser des Hydraulikzylinders (1; 2) .

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Dichtungsringe (10, 11; 20, 21; 22, 23) aus einem elastischen Chloropren-Polymeri- sat bestehen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Shore-A-Härte der Dichtringe etwa 80 be¬ trägt.

10. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer, ineinander verfahrbarer Hydraulikzylinder (1, 2, 3) die unterhalb des den innenliegenden Hydraulikzylinder (3) verfahrenden Druckkolbens (5) angeordneten weiteren Druckkolben (4) eine großvo- lumige, axiale Durchgangsbohrung (7) aufweisen, um nach Verfahren des unteren Druckkolbens (4) bis zu seinem Anschlag auch die darüberliegenden Druckkol¬ ben (5) mit Druck zu beaufschlagen.