CH635660A5 - Vorrichtung zum verhindern von leckverlusten, insbesondere fuer hydraulische kupplungen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere für w *"* 40

hydraulische Kupplungen, zum Verhindern von Leckverlusten von hydraulischem Druckmittel, gemäss dem Oberbegriff des

Anspruchs 1.

Ein Hauptmerkmal von z.B. aus der FR-PS 1092416 und CH-PS 4 08 552 bekannten hydraulischen Kupplungen, die im wesentlichen zum Verbinden einer Nabe od. dgl. mit einer Welle verwendet werden, ist eine mit hydraulischem Druckmittel gefüllte Druckkammer innerhalb einer der gegeneinander zu pressenden zylindrischen Flächen mit einer verhältnismässig dünnen, elastisch verformbaren Zylinderwand, die sich bei Druckaufbau in der Arbeitskammer gegen die andere Fläche 50 anpresst. Die Druckkammer steht in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines entsprechend hohen hydraulischen Druckes. Diese Vorrichtung ist in der Regel ein Druckzylinder als Arbeitskammer mit einem darin mit geringem Spiel verschieblichen als Kolben dienenden Stössel. 55

Die Wirksamkeit und Sicherheit einer derartigen Kupplung hängt von der Möglichkeit der Schaffung eines ausreichend hohen Drucks zur elastischen Verformung der verformbaren Wand bis zum erforderlichen Kupplungsdruck ab, insbesondere wenn die Wand bei hoher Leistungsübertragung eine grosse 60 Dicke haben muss. und hängt ab von der Möglichkeit der Aufrechterhaltung dieses Drucks über lange Zeiten. Ein Problem kann dabei die Gefahr von Leckverlusten durch das Spiel zwischen dem Druckzylinder und dem Stössel in der Vorrichtung zur Erhöhung des spezifischen Drucks des hydraulischen Druck- 65 mittels bringen. Eine Lösung dieses Problems zur Verhinderung derartiger Leckverluste ist auch allgemein bei allen Spielen zwischen koaxialen zyindrischen Umfangsflächen anwendbar.

Aus der DE-OS 2403 337 und der US-PS 3 378 902 ist es bei einer hydraulischen Kupplung bekannt, an dem mit der Druckkammer in Verbindung stehenden, in der als Arbeitskammer dienenden Bohrung liegenden kolbenartigen Stössel in einer Nut auf dem Aussenumfang einen Dichtring vorzusehen, der die Arbeitskammer abdichtet. Zur Erhöhung oder Einstellung des Drucks in der Arbeitskammer wird dieser Kolben mittels einer Schraube nach innen gedrückt. Der die Abdichtung der Arbeitskammer allein bewirkende Dichtring kann sehr hohen Drücken nicht in ausreichendem Masse standhalten, so dass bei dieser bekannten Bauweise die zuvor erwähnten Leckverluste in Verbindung mit einem Druckabfall auftreten.

Es ist auch aus der US-PS 3994208 ein derartiger Stössel bekannt, der an seinem Aussenumfang eine elastisch verformbare Dichtlippe trägt, die aus dem Kolbenmaterial, vorzugsweise Bronze, durch Einarbeiten eines tiefen Umfangsschlitzes von der Stirnseite des Kolbens aus gebildet ist. Bei steigendem Arbeitsdruck im Druckmittel drückt das in den Schlitz eindringende Druckmedium die verformbare Lippendichtung nach aussen gegen die Bohrungswand an, während es auf das Kernstück des Kolbens nach innen einwirkt.

Alle diese bekannten kolbenartigen Stössel haben also als Hauptdichtung Dichtungsabschnitte, die wie übliche Kolbendichtungen, z. B. O-Ringe, Stopfpackungen oder Lippendichtungen wirken.

Um Leckverluste bei Beginn des Druckaufbaus, d. h. bei einem Druck, der nicht ausreicht, um die aus dem zwangsläufig schwer verformbaren Material des Stössels bestehende Dichtlippe gegen die Zylinderwand anzupressen, zu verhindern, ist es aus der US-PS 3266095 bei einem derartigen stösselartigen Kolben, der an seiner Stirnseite eine Ausnehmung aufweist, deren Umfangswand eine Dichtlippe bildet, bekannt, im Bereich des vorderen Endes der Dichtlippe eine Umfangsnut zur Aufnahme eines Dichtringes auszubilden. Dieser als Hilfsdichtung dienende Dichtring reicht aus, um das Spiel des Stössels gegen die Zylinderwand bis zu einem Druckanstieg abzudichten, der ausreicht, dass die Dichtlippe selbst bis in Dichtanlage gegen die Zylinderwand nach aussen gepresst wird.

Wenn auch bei den beiden zuletzt genannten Lippendichtungen die Dichtfläche infolge der relativ grossen Länge eine entsprechend grosse Tiefe aufweist, und dadurch die Gefahr von Leckverlusten vermindert wird, so ist doch die Herstellung durch die Notwendigkeit der Bearbeitung der Lippe auf eine genau bestimmte Dicke relativ kompliziert und durch die Notwendigkeit die für das Aufbiegen und Dehnen erforderliche Verformbarkeit durch entsprechend dünne Ausbildung der Lippe auch bei dem relativ starrren Stösselmaterial, z. B. Bronze, zu erreichen, die Gefahr von Beschädigungen, insbesondere beim Verstellen des Stössels unter Druck gegeben. Auch tritt durch die hohen Anpressdrücke gegen die Zylinderwand bei längerem Betrieb ein starker Verschleiss auf, so dass die Dichtwirkung der zwangsläufig dünnen Dichtlippe relativ schnell nachlässt.

Durch die Notwendigkeit der Verwendung eines relativ starren Stösselmaterials für die Herstellung der Dichtlippe sind auch, infolge der für den Widerstand gegen die erheblichen Drücke erforderlichen Dicke der Dichtlippe, die bekannten Stössel nur für sehr hohe Drücke geeignet. Die Abmessungen des als Dichtungsringhalter dienenden vorderen Teiles des Stössels mit der Dichtlippe ist abhängig von der Elastizität des Materials und den verwendeten Drücken. Daher ist eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen sehr aufwendig und erfordert die Herstellung einer grossen Anzahl von Typen wenigstens des Stössels für jede der gegebenen Betriebsbedingungen.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine derartige bekannte Vorrichtung so auszubilden, dass eine wesentlich einfachere Anpassung bezüglich der Abmessungen und Werkstoffe bei der Konstruktion solcher hydraulischer Dichtungen erreicht wird, die sowohl bei niedrigen, als auch bei

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sehr hohen Drücken, ohne wesentliche Änderungen wirksam abdichten.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Massnahmen gelöst.

Erfindungsgemäss wird also nicht, wie bekannt, eine Dichtlippe als Hauptdichtungselement verwendet, sondern ein Stopfen. der durch den gegen die Stirnfläche wirkenden Druck seitlich bis in Anlage an die Zylinderwand aufgestaucht wird. Durch die Verwendung eines gesonderten Teiles als Dichtringhalter, der vor der Stirnseite des Stössels anliegt, kann für den Dichtringhalterein beliebiges, für den gewünschten, auch sehr hohen Druck geeignetes Material verwendet werden.

Um den als Hilfsdichtung dienenden Dichtring ständig unter einem zu seiner Dichtanlage gegen die Zylinderwand mit seiner Unifangsfläche ausreichenden Druck zuhalten, wird vorzugsweise gemäss der Kennzeichnung im Anspruch 2 der Dichtring-lialter so bemessen, dass sein auf der Druckseite vor dem Dichtring liegender Teil ein wesentlich grösseres Spiel gegen die Zylinderwand hat, als der hinter dem Dichtring liegende Teil.

Um zu vermeiden, dass bei sehr geringen Drücken ein für höhere Drücke zu weiches Material für den Dichtringhalter verwendet werden muss, kann gemäss der Kennzeichnung im Anspruch 3 der Dichtringhalter auf der vom Druckmittel beaufschlagten Stirnseite in bekannterWeise (US-PS 3266095) eine Ausnehmung aufweisen, so dass zusätzlich zu der Dichtwirkung durch Stauchen eine Dichtwirkung nach Art einer Lippendichtung erreicht wird.

Ein Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht in der Erzielung einer grösseren Anpassungsfähigkeit bezüglich der Abmessungen und Materialien bei der Konstruktion von hydraulischen Dichtungen, die sowohl bei niedrigen als auch bei sehr hohen Drücken wirksam abdichten sollen.

Für die meisten praktischen Zwecke ist das Material, aus dem der Dichtringhalter hergestellt ist, vorzugsweise ein starrer Kunststoff, wie Superpolyamid oder ein anderes Polymer mit entsprechenden Eigenschaften.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an vorzugsweisen Ausführungsformen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine hydraulische Nabenkupplung mit einem in einer als Arbeitskammer dienenden Zylinderbohrung verschiebbaren Stössel zum Aufbau des Kupplungsdruckes.

Fig. 2 und 3 Ausführungsformen eines Dichtringhalters zur Abdichtung eines in einer Zylinderbohrung eingesetzten Stössels.

Die Dichtringe 10 sind der Einfachheit halber in den Figuren als O-Ringe dargestellt.

Mit einer Welle 1 (oder einem Zapfen) soll eine Nabe2, ein Lagerbock oder ein ähnliches Element unter Zwischenschaltung einer zylindrischen Metallwand 3 verbunden werden, die sich unter einem Druck gegen die Welle 1 anpresst. Die Metallwand 3 bildet eine Wand einer Druckkammer 4, die in offener Verbindung mit einer als Teil eines Druckzylinders ausgebildeten Arbeitskammer 5 steht. In diesem Druckzylinder ist mit Spiel ein Stösse! 6 eingesetzt zur Ausübung des gewünschten Drucks auf ein hydraulisches Druckmittel, das die Arbeitskanimer 5 vor dem Stössel 6, die Druckkammer 4 und die Verbindung zwischen beiden vollständig ausfüllt.

Wenn der spezifische Druck des hydraulischen Druckmittels durch Drücken des Stössels 6 in die Arbeitskammer 5 erhöht wird, ergibt dies eine Verformung der Wand 3, so dass diese auf die Welle 1 gedrückt wird, wodurch die Kupplungsverbindung hergestellt wird.

Lîm eine stabile Konstruktion und damit die Übertragung grosser Drehmomente zu erreichen, erfordert die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eine raltiv dicke Wand 3, die ihrerseits einen hohen spezifischen Druck des hydraulischen Druckmittels erfordert, durch das die Wand 3 mit einem ausreichenden Kupplungsdruck an die Welle 1 gepresst wird. Für derart hohe hydraulische Drücke ist eine übliche Anordnung mit 5 einem Dichtring, etwa einer O-Ringdichtung, einer X-Ringdich-tung oder einer Dichtung mit einer U-förmigen Packung in einer Nut unzureichend, um Leckverluste durch das Spiel zwischen dem Stössel 6 und dem Druckzylinder zu verhindern.

Zur Verhinderung derartiger Leckverluste ist ein Dichtring-10 halter 7, der mit einer Nut für einen Dichtring 10 versehen ist, vor dem Stössel angeordnet. Der Dichtringhalter hat auf dem an der Stösselseite der Dichtringnut liegenden Teil im wesentlichen dasselbe Spiel zwischen dem Stössel und dessen Zylinder, während das Spiel t2 an dem auf der anderen Seite der Dichtringnut, 15 d.h. in Richtung zur Arbeitskammer 5 liegenden Teil 12 beträchtlich grösser ist. Der Dichtringhalter 7 ist aus einem Material hergestellt, das so verformbar ist, dass es sich bei zunehmendem hydraulischem Druck in dichtende Anlage an der Wand des Zylinders 5 aufstaucht, bevor der Druck so hoch angestiegen ist, 20 das der Dichtring seine Dichtwirkung verloren hat; d.h. bevor der Druck auf einen solchen Wert angestiegen ist, dass der Dichtring in das Spiel zwischen dem Dichtringhalter und der Zylinderwand eingepresst wird, hat sich der Dichtringhalter so ausgedehnt, dass kein Spiel mehr besteht, da dieses durch das sich ausdehnende Material des Dichtringhalters ausgefüllt ist.

In Fig. 2 bezeichnet der schraffierte Bereich eine Wand eines die Arbeitskammer bildenden Druckzylinders, in den eingesetzt sind: Ein Stössel 6, ein Dichtringhalter 7 mit einer Nut für einen 30 Dichtring und ein in der Nut angeordneter Dichtring 10.

Das Spiel ti zwischen dem Hauptteil des Dichtringhalters 7 und der Wand des Druckzylinders ist so bemessen, dass der Dichtringhalter? ohne Ausübung einer grossen Kraft gegen die Wand des Druckzylinders gestaucht werden kann. Ein Teil 12 des 35 Dichtringhalters zwischen dem hydraulischen Druckmittel in der Arbeitskammer und dem Dichtring ist kurz, da dessen Aufgabe nur darin besteht, den Dichtring in der Nut zu halten. Das Spiel t2 zwischen diesem Teil 12 und der Wand des Druckzylinders soll wesentlich grösser als das Spiel t, sein, so dass dieser Teil 12 des 40 Dichtringhalters durch die Wirkung des hydraulischen Drucks nicht in Berührung mit der Innenwand des Zylinders gedrückt wird. In den meisten Fällen hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Gesamtfläche 1] des Dichtringhalters etwa gleich dem Innendurchmesser d des Druckzylinders auszubilden.

45 Der bekannte Dichtring 10 stellt bei niedrigen Drücken die Abdichtung her. Bei Druckzunahme beginnt sich der verformbare Dichtringhalter allmählich radial auszudehnen. Dabei verschwindet das kleine Spiel ti zwischen dem Dichtringhalter und der Wand des Druckzylinders, und es wird eine Abdichtung 50 erzielt. Somit übernimmt der Dichtringhalter bei zunehmendem Druck die Dichtfunktion des Dichtringes, wobei sich in einem Druckbereich die beiden Dichtfunktionen überdecken.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform arbeiten der Dichtring 10 und der Teil b des Dichtringhalters in derselben 55 Weise wie bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform. Da der Dichtringhalter mit einer gestrichelt gezeichneten stirnseitigen Ausnehmung 11 versehen ist, die dem hydraulischen Druckmittel zugewandt ist und in Fig. 3 durch die Abmessungen a und c gekennzeichnet ist, ergibt sich zusätzlich zu der in Verbindung 60 mit Fig. 2 beschriebenen eine weitere Dichtlippenfunktion, die dadurch erhalten wird, dass der Dichtringhalter im Bereich a durch die Wirkung des Drucks des in der Ausnehmung 11 des Dichtringhalters enthaltenen hydraulischen Druckmittels radial gegen die Wand des Druckzylinders gedrückt wird. 65 Bei der oben beschriebenen Ausführungsform des Dichtringhalters wird im normalen Fall bei ansteigendem Druck der folgende Dichtverlauf erzielt: Bei niedrigen Drücken bewirkt der Dichtring 10 in bekannter Weise eine Dichtung. Bei zunehmen

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dem Druck wird im Bereich a allmählich dadurch eine Dichtwirkung erzielt, dass der Dichtringhalter in diesem Bereich durch die Wirkung des hydraulischen Drucks im Raum gegen die

Zylinderwand gedrückt wird. Danach wird bei weiterer Druckzunahme eine Dichtwirkung durch die radiale Ausdehnung durch Stauchen des Dichtringhalters im Bereich b erzielt.

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1 Seite Zeichnungen

Claims (3)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Vorrichtung, insbesondere für hydraulische Kupplungen, zum Verhindern von Leckverlusten von hydraulischem Druckmittel durch ein Spiel zwischen einem über den Querschnitt der 5 mit dem Druckmittel beaufschlagten Arbeitskammer (5) sich erstreckenden kolbenartigen Stössel (6) und der Wand der den Stössel (6) aufnehmenden, die Arbeitskammer (5) bildenden Zylinderbohrung, wobei der druckmittelseitige Teil des Stössels

   ( 6) als Dichtringhalter (7) ausgebildet ist, der mit zunehmendem 10 Druck in der Arbeitskammer (5) sich radial nach aussen bis in Anlage an die Zylinderwand ausdehnt, und wobei der Dichtringhalter (7) eine Umfangsnut zur Aufnahme eines Dichtrings zur Abdichtung des Spiels zwischen seinem Aussenumfang und der Wand der Zylinderbohrung aufweist, dadurch gekennzeichnet, 15 dass der Dichtringhalter (7) ein vom übrigen Teil des Stössels (6) gesondertes zylindrisches Teil aus einem verformbaren Material mit etwa gleichem Durchmesser wie der übrige Teil des Stössels (6) ist, und dass der Dichtringhalter (7) sich unter der Wirkung eines zunehmenden Druckes in der Arbeitskammer (5) axial 20 staucht und sich dadurch radial bis zur völligen Ausfüllung des abzudichtenden Querschnittes der Zylinderbohrung ausdehnt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass das Spiel ( t; ) zwischen der Wand der Arbeitskammer (5) und dem druckmittelseitig an die Nut anschliessenden Teil (Ii) des Dichtringhalters (7) grösser ist als das Spiel (t,) zwischen der Wand der Arbeitskammer (5 ) und dem hinter der Nut liegenden Teil des Dichtringhalters (7), derart, dass auch nach Stauchen des Dichtringhalters (7) eine Druckbeaufschlagung des Dichtringes (IO) aus der Arbeitskammer (5) erfolgt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, tiass der Dichtringhalter (7) auf seiner vom Druck beaufschlagten Stirnseite mit einer Ausnehmung (11) versehen ist.

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