Abdichtung zwischen einem inneren und einem diesen umgebenden äusseren Teil
Die Erfindung betrifft eine Abdichtung zwischen einem inneren und einem diesen umgebenden äusseren Teil, wobei ein Teil relativ zum anderen bewegbar ist, mit einem in einer Nut angeordneten Dichtring, zu dessen radialer Entlastung mindestens ein Druckausgleichskanal zwischen der Gleitfläche und dem Zwischenraum zwischen Nutengrund und Dichtring und ein den druckniederen Raum mit diesem Zwischenraum oder einem daran angeschlossenen Raum, in welchem der Druck des Zwischenraumes herrscht, verbindender Drosselweg vorgesehen ist.
Räume mit verschiedenen Drücken werden an Spalten bewegter Teile meist durch besondere Elemente gegeneinander abgedichtet. Hierzu dienen beispielsweise Kolbenringe, Stopfbuchsringe, Dichtleisten. Diese Dichtelemente können einteilig oder auch mehrteilig sein. Bei den Dichtelementen üblicher Bauart entstehen hohe Anpressdrücke.
Ein Vorschlag zur Entlastung eines Dichtelementes ist für Stopfbuchsen aus der deutschen Patentschrift 1 260 249 bekannt geworden. Diese Patentschrift geht von der Aufgabenstellung aus, eine gleichmässigere Druckverteilung bzw.
einen gleichmässigeren Abrieb bei mehreren, in axialer Richtung hintereinander angeordneten Dichtelementen zu erzielen. Zur Lösung wird vorgeschlagen, dass die zur druckniederen Seite führenden Drosselungen mit fortschreitendem Druckabbau grössere Querschnitte aufweisen. Der Verschleiss der in der deutschen Patentschrift beschriebenen Dichtelemente ist immer noch erheblich, da der hohe Druck im Raum zwischen Nutengrund und Dichtelement einen relativ hohen Anpressdruck an der Gleitfläche bewirkt.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Abdichtung der eingangs genannten Art, welche einen möglichst geringen Anpressdruck bei ausreichender Dichtheit gewährleistet und eine lange Lebensdauer besitzt.
Die erfindungsgemässe Abdichtung zwischen einem inneren und einem diesen umgebenden äusseren Teil der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring mit seiner hochdruckseitigen Stirnfläche dichtend gegen die ihr zugekehrte Nutenflanke oder gegen ein in dieser angeordnetes Dichtungselement gedrückt ist.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere Druckausgleichskanäle über den Umfang des Ringes verteilt angeordnet sind, die im gleichen Abstand von der Druckseite des Dichtringes liegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Dichtungselement zwischen der hochdruckseitigen Stirnseite des Dichtringes und der ihm zugewandten Nutflanke angeordnet ist.
Bevorzugt wird ein Dichtungselement aus gummielastischem Material verwendet. Dabei müssen die herrschenden Temperaturen berücksichtigt werden. Für höhere Temperaturen eignet sich insbesondere ein temperaturbeständiger elastischer Kunststoff, der unter dem Namen Viton bekannt ist; (eingetragenes Warenzeichen von Du Pont).
Als Werkstoff für das Dichtungselement ist ferner, z. B.
für Trockenlaufstopfbuchsen, Kohlegraphit verstärktes Polytetrafluoräthylen (PTFE) zweckmässig.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Abdichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Abdichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Druckverhältnisse bei einer Abdichtung herkömmlicher Art; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Druckverhältnisse der erfindungsgemässen Abdichtung.
Fig. 1 zeigt einen Kolbenring 1, der in einer Nut 3 eines Kolbens 13 geführt ist. Zwischen dem Nutengrund 3a und dem Kolbenring 1 befindet sich ein Zwischenraum 2, der an seiner dem druckhöheren Raum 5 zugewandten Stirnfläche la des Kolbenringes 1 mittels eines Dichtungselementes 9 aus Kunststoff abgedichtet ist. Ferner ist der Zwischenraum 2 über einen Drosselkanal 8 mit dem druckniederen Raum 4 verbunden. Der Kolbenring 1 weist mehrere Druckausgleichkanäle 6 auf, die den Zwischenraum 2 mit der Zylinderfläche 7 verbinden. Die Druckausgleichskanäle 6 sind an der Aussenfläche 12des Kolbenringes 1 über die Ringnut 10 miteinander verbunden.
Nachfolgend soll die Wirkungsweise eines herkömmlichen Kolbenringes mit derjenigen des neuartigen Kolbenringes 1 verglichen werden. In Fig. 2 und 3 ist schematisch der Druckverlauf des Mediums durch Pfeile angegeben. Die Länge der Pfeile soll die Höhe der herrschenden Kraft dar stellen. Bei Vernachlässigung der Federkraft des Kolbenringes list bei linearem Druckabfall an der Gleitfläche die mittlere Flächenpressung auf der Lauffläche
P = 0,5 (p1-p2).
Im Zwischenraum 2 zwischen Kolbenring 1 und Nutengrund 3a herrscht nämlich der Druck p,.
Wie die Fig. 3 zeigt, ergeben sich bei dem neuartig entlasteten Kolbenring 1 viel bessere Druckverhältnisse. Durch das Dichtungselement 9 wird verhindert, dass sich im Zwischenraum 2 der höhere Druck p1 aufbauen kann. Bei Betrieb strömt das Medium aus dem druckhöheren Raum 5 entlang der Gleitfläche 7 in die Ringnut 10. Dabei wirkt der Spalt 11 zwischen dem Kolbenring 1 und der Zylinderfläche 7 als Drosselweg, so dass der Druck von p1 auf Px abfällt.
Von der Ringnut 10 aus gelangt das Medium durch die Kanäle 6 zum Zwischenraum 2, so dass sich auch hier der Druck in der Höhe Px aufbauen kann. Vom Zwischenraum 2 kann ein Teil des Druckmediums durch den Drosselkanal 8 zum druckniederen Raum 4 gelangen. Dadurch werden die am Kolbenring wirkenden Kräfte ständig ausgeglichen. Der Kolbenring 1 befindet sich in einem stabilen Schwebezustand. Die Einstellung dieses Zustandes erfolgt automatisch, wobei sich an der Gleitfläche 7 zwischen dem Kolbenring 1 und der Zylinderfläche ein ganz enger Spalt 11 bildet.
In Abänderung der Fig. list die Wirkungsweise auch bei einem Kolbenring 1 gegeben, der nur an seiner dem druckhöheren Raum 5 zugekehrten Stirnfläche la geführt ist. In diesem Fall drückt eine nicht gezeigte Tellerfeder die Stirnfläche la des Kolbenringes 1 gegen die Nutflanke 3b. Die aneinanderliegenden Flächen la, 3b des Kolbenringes bzw.
der Nut übernehmen hierbei die Funktion des Dichtungselementes 9. Im Zwischenraum 2, der in diesem Fall bis zu der durch die Tellerfeder verwirklichten Abdichtung reicht, herrscht der Druck Px. Aus diesem Zwischenraum 2 strömt über den Drosselkanal 8 fortwährend ein geringer Teil des abzudichtenden Mediums zum druckniederen Raum 4. Der Drosselkanal 8 zwischen dem Zwischenraum 2 und dem druckniederen Raum 4 (Fig. 1) kann in der Wirkungsweise gleich auch durch einen von der Stirnfläche la ausgehenden Drosselweg gegeben sein, wenn der Anfang dieses Drosselweges im Bereich (Druck ca. p,) des Zwischenraums 2 liegt.
Besitzt der Kolbenring 1, wenn keine Differenzdrücke vorhanden sind, eine Federkraft po die ihn gegen die Zylinderfläche 7 presst, so stellt sich der Druck p, gemäss Fig.
3 in folgender Höhe ein: = p2 + p1 - p2 -2
1 + b21b1 wobei b1 und b2, wie in Fig. 3 gezeigt, die Länge der Gleitfläche bezeichnen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe sondere darin, dass bei hinreichender Dichtigkeit und zwar sogar bei schwankenden Drücken sich ein Kräftegleichge wicht zwischen dem Kolbenring und der Zylinderfläche, fast ohne Berührungskräfte, automatisch einstellt. Dadurch wird der Verschleiss des Kolbenrings und der Zylinderfläche er wiesenermassen um mehr als das Zehnfache verringert.