DE2123140A1

DE2123140A1 - Abdichtung einer hin- und hergehenden Stange

Info

Publication number: DE2123140A1
Application number: DE19712123140
Authority: DE
Inventors: Karl-Wolfgang 8901 Langweid Hübschmann
Original assignee: Motoren-Werke Mannheim AG vorm. Benz Abtstat Motorenbau, 6800 Mannheim
Priority date: 1971-05-11
Filing date: 1971-05-11
Publication date: 1972-11-23
Also published as: US3814553A; DE2123140B2; SE386498B; DE2123140C3

Description

30.4.1971

MOTOREN-WERKE MANNHEIM AG, vorm. BENZ Abt. stat, Motorenbau, 6800 Mannheim 1, Carl-Benz-Strasse 5

Abdichtung einer hin- und hergehenden Stange

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtung zwischen einer hin- und hergehenden Stange und der sie umgebenden Bohrung eines feststehenden Gehäuses, dessen Inneres ein unter Druck stehendes Medium enthält, wobei die Abdichtung mindestens ein ringförmiges, die Stange dichtend umgebendes Dichtglied aufweist, das durch das Gehäuse nahezu vollständig daran gehindert ist die Bewegungen der Stange mitzumachen.

Abdichtungen der vorstehend beschriebenen Art arbeiten bei hohen Druckdifferenzen nur dann zufriedenstellend, wenn viele Dichtglieder hintereinander geschaltet sind, was eine große Bau» länge ergibt. Andere nicht nach dem eingangs beschriebenen Prin= zip arbeitende, z.B. aus einer Rollmembran bestehende Abdichtun» gen benötigen bei hohen Druckdifferenzen eine Abstützung durch eine inkompressible Flüssigkeit, deren Druck entsprechend dem Druck des abzudichtenden Mediums aufgebaut und geregelt werden muß, was sehr aufwendig ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der be= kannten Abdichtungen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einer Abdichtung der ein» gangs beschriebenen Bauart dadurch gelöst, daß die Stange und das Gehäuse als Kolbenpumpe ausgebildet sind, die das an dem Dichtglied anstehende Medium von dem Dichtglied weg zurück in das Gehäuse fördert. Dadurch wird die auf das Dichtglied wirkende Druckdifferenz praktisch zum Verschwinden gebracht, solange sich die Stange bewegt, so daß ein einziges Dichtglied zur Abdichtung ausreicht.

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Stange und Gehäuse werden auf einfache unddaher vorteilhafte Weise dadurch in die Lage versetzt als Rückförderpumpe zu wir= ken, daß ein erstes ringförmiges Ventilglied zwischen dem Gehäu= seinneren und dem Dichtglied liegt, sowie durch das Gehäuse nahezu vollständig daran gehindert ist die Bewegungen der Stange mit= zumachen und die Stange dichtend umgibt, wobei es das Medium daran hindert vom Gehäuse inneren in Richtung auf das Dicht glied zu fließen, eine Strömung in entgegengesetzter Richtung jedoch zuläßt, während die Stange mit einem zweiten ringförmigen Ventil= glied versehen ist, daß die Bewegungen der Stange nahezu voll= ständig mitmacht und in allen Stellungen der Stange zwischen dem ersten Ventilglied und dem Dichtglied liegt, wobei das zweite Ventilglied an der Gehäusebohrung dichtfähig anliegt und das Me= dium daran hindert vom Gehäuseinneren in Richtung auf das Dicht= glied zu fließen, eine Strömung in entgegengesetzter Richtung jedoch zuläßt.

Dadurch wird ein von den beiden Ventilgliedern, dem Stangenum= fang, sowie der Gehäusebohrung begrenzter Pumpenraum und ein von dem zweiten Ventilglied, dem Dichtglied, dem Stangenumfang und der Gehäusebohrung begrenzter Entlastungsraum geschaffen, deren VoIu= mina sich als Folge der Stangenbewegung abwechselnd vergrößern und verkleinern, wodurch das Medium von dem Entlastungsraum in den Pumpenraum und von dort in das Gehäuseinnere zurückgefördert wird.

Damit in dem Entlastungsraum kein Unterdruck entsteht, was den Eintritt von Umgebungsluft in diesen zur Folge haben könnte, sind Pumpenraum und Entlastungsraum vorteilhaft über ein Absperr= organ miteinander verbunden, wobei das Absperrorgan dann geöffnet ist, wenn der Druck in dem Entlastungsraum unter einem bestimmten Druck liegt, sonst aber geschlossen ist. Dadurch wird der Ent= lastungsraum bei Bedarf wieder auf den Solldruck aufgefüllt.

Bei stillstehender Stange hört die erwähnte Pumpwirkung auf und der Entlastungsraum füllt sich über die unvermeidlichen kleinen

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Undichtheiten aus dem Gehäuseinneren mit Druckmedium auf. Um"zu verhindern, daß das Medium über das nunmehr dem vollen Differenz= druck ausgesetzte Dichtglied austritt, ist das Dichtglied vor= teilhaft mit einer Stillstandsdichtung versehen, die bei druck= losem Entlastungsraum den Stangenumfang nicht berührt, bei druck= beaufschlagtem Entlastungsraum jedoch durch den darin herrschen= den Druck dichtend an den Stangenumfang gepreßt wird.

Vorteilhaft ist zu diesem Zweck das Dichtglied als Ringkolben ausgebildet, der eine kegelige Stirnfläche aufweist, die mit einer ebensolchen Gegenfläche der Stillstandsdichtung beim An= pressen derselben an den Stangenumfang zusammenarbeitet.

Zu dem gleichen Zweck besteht die Stillstandsdichtung vorteilhaft aus einem zusammen mit dem Dichtglied in einer Ringnut in der Gehäusebohrung liegenden verformbaren Ring, dessen Querschnitt annähernd die Form eines rechtwinkligen Dreieckes aufweist, dessen rechter Winkel der Stange sowie der Nutflanke zugewandt ist, die am weitesten von dem Gehäuseinnneren entfernt ist, wo= bei mindestens die dem Gehäuseinneren zugewandte Spit2e des Drei= eckes durch das als Kolben ausgebildte Dichtglied verformbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform beotoht das Dichtglied aus einem Ring mit rechteckigem Querschnitt, der mit Spiel in einer Ringnut in der Gehäusebohrung liegt und dichtend sowohl an der Stange als auch an einer der Nutflanken anliegt. Die Dicht= wirkung kommt, wie bei einem Kolbenring, dadurch zu Stande, daß der Ring an der druckentlasteten Seite der Nutflanke durch die als Folge der Druckdifferenz auftretende Axialkraft dichtend an« gepreßt wird, wobei der Differenzdruck auch auf den Außendurch» messer des Ringes wirkt und diesen dichtend an die Stange preßt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das erste Ventilglied aus einem Ring mit rechteckigem Querschnitt, der mit Spiel in einer Ringnut in der Gehäusebohrung liegt und an seiner dem Gehäuseinneren zugewandten Seite mit an sich bekannten Ausneh=

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mungen^versehen ist. Ist der Druck des Mediums im Gehäuseinneren höher als im Pumpenraum, so wird das erste Ventilglied mit seiner pumpenraumseitigen Seitenfläche an der entsprechenden Nutflanke durch die Druckdifferenz dichtend zur Anlage gebracht. Da dieser Zustand bei einer Bewegung der Stange weg von dem Gehäuseinneren eintritt, wirkt die Reibung des Ringes an der Stange im gleichen Sinne wie der Differenzdruck. Gleichzeitig wirkt das unter Druck stehende Medium im Gehäuse inner en, das über die abgehobene innen«= raumseitige Seitenfläche des Ringes in den Spalt zwischen Nuten* grund und Ring gelangt, auf den Außendurchmesser des ersten Ven= tilgliedes und preßt dieses dichtend an die Stange. Ist der Druck im Pumpenraum höher als im Gehäuseinneren, so wird das erste Ventilglied mit seiner pumpenraumseitigen Seitenfläche durch die Druckdifferenz von der entsprechenden Nutflanke abge= hoben. Da dieser Zustand bei einer Bewegung der Stange in Rieh= tung auf das Gehäuseinnere eintritt, wirkt die Reibung des Ringes an der Stange im gleichen Sinne wie die Druckdifferenz. Das er= ste Ventilglied wird demnach auf der mit Ausnehmungen versehenen Seitenfläche an der entsprechenden Nutflanke zur Anlage gebracht und das aus dem Pumpenraum verdrängte Medium gelangt über die abgehobene Seite, den Spalt zwischen Ringaußendurchinesser und Nutengrund und die Ausnehmungen in das Gehäuseinnere. Das erste Ventilglied wirkt demnach wie das Druckventil einer Kolbenpumpe.

Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das zweite Ventil= glied aus einem Ring mit rechteckigem Querschnitt, der mit Spiel in einer Ringnut der Stange liegt und an seiner dem Gehäuseinne= ren zugewandten Seite mit an sich bekannten Ausnehmungen*] ver= sehen ist» Ist der Druck des Mediums im Pumpenraum höher als im Entlastungsraum, so wird das zweite Ventilglied mit seiner ent= lastungsraumseitigen Seitenfläche an der entsprechenden Nutflan= ke durch die Druckdifferenz dichtend zur Anlage gebracht. Da dieser Zustand bei einer Bewegung der Stange in Richtung auf das Gehäuseinnere eintritt, wirkt die Reibung des Ringes in der Ge= häusebohrung im gleichen Sinne wie die Druckdifferenz. Gleich=

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zeitig wirkt der Druck im Pumpenraum, der über die abgehobene pumpenraumseitige Seitenfläche des Ringes in den Spalt zwischen Nutengrund und Ring gelangt, auf den Innendurchmesser des zwei= ten Ventilgliedes und preßt dieses dichtend an die Gehäusebohrung, Ist der Druck im Entlastungsraum höher als im Pumpenraum, so wird das zweite Ventilglied mit seiner entlastungsraumseitigen Seiten* fläche durch die Druckdifferenz von.der entsprechenden Nutflanke abgehoben. Da dieser Zustand bei einer Bewegung der Stange weg vom Gehäuseinneren eintritt, wirkt die Reibung an der Gehäuse= bohrung im gleichen Sinne wie die Druckdifferenz. Das zweite Ventilglied wird demnach auf der mit Ausnehmungen versehenen Seitenfläche an der entsprechenden Nutflanke zur Anlage gebracht und das aus dem Entlastungsraum verdrängte Medium gelangt über die abgehobene Seite, den Spalt zwischen Ringinnendurchmesser und Nutengrund und die Ausnehmungen in den Pumpenraum. Das zweite Ventilglied wirkt demnach wie das Einlaßventil bzw. wie ein Kol« benring einer Kolbenpumpe. ·

Das Dichtglied und die Ventilglieder können bei der bevorzugten Ausfuhrungsform vorteilhaft ungeschlitzt sein, damit keine Un= dichtheiten an der Stoßstelle auftreten. Dabei wird die für die Abdichtungsaufgabe erforderliche Vorbelastung an der zylindri» sehen Dichtfläche zweckmäßig dadurch erreicht, daß diese einen von der Gegenfläche um so viel verschiedenen Durchmesser auf« weist, daß die Dichtfläche allein schon mechanisch an Gegenfläche gepreßt wird.

Wenn kleinere Undichtheiten in Kauf genommen werden können, können das Dichtglied und die Ventilglieder auch geschlitzt sein, wobei die Anlage der zylindrischen Dichtfläche an der Gegenfläche sowohl durch Eigenfederung des Ringes, als auch durch einen Spannring bewirkt werden kann.

Insbesondere bei der ungeschlitzten Ausführung mit Übermaßpassung an der Dichtfläche, aber auch bei der geschlitzten Ausführung des

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Dichtgliedes und der Ventilglieder kann der Ring vorteilhaft aus verformbarem Werkstoff, vorzugsweise aus Kunststoff bestehen. .

Wenn das abzudichtende Medium das Vorhandensein eines Schmier= mittels nicht zuläßt, kann der Hing vorteilhaft aus einem Werk= stoff mit Selbstschmierungseigenschaften bestehen.

Das Dichtglied und die Ventilglieder können auch durch Lippen= dichtungen gebildet werden, wobei die Innenseiten der Lippen dem Gehäuseinneren zugewandt sind, um die Dicht- bzw. Ventil«= wirkung in der gewünschten Weise sicher zu stellen.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt die eigentliche aus Dichtglied und Rückförderpumpe bestehende Abdichtung.

Fig. 2 zeigt die Anbringung des Absperrorganes, das das Ent= stehen von Unterdruck im Entlastungsraum verhindert.

Fig. 3 zeigt die Anbringung einer Stillstandsdichtung an dem Dichtglied.

Die in Fig. 1 gezeigte Abdichtung dient dazu, die Stange 1, die sich in einer Bohrung des Gehäuses 2 hin- und herbewegt, abzu= dichten. Das erste Ventilglied 3 dichtet den Innenraum 4 des Gehäuses 2, der ein unter Druck stehendes Medium enthält, gegen den Pumpenraum 5 ab. Das mit der Stange 1 hin- und hergehende zweite Ventilglied 6 trennt den Pumpenraum 5 von dem Entlastungs= raum 7· Die Inhalte der Räume 5 und 7 vergrößern und verkleinern sich abwechselnd und periodisch als Folge der Stangenbewegung. Die Ventilfeder 3 und 6 dichten nur in einer Richtung ab, näm= lieh von dem Raum 4 zu dem Raum 5 und von dem Raum 5 zu dem Raum7.

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Zwischen dem mit der Umgebungsluft in Verbindung stehenden Außen« raum 8 und dem Entlastungsraum 7 ist das Dichtglied 9 angeordnet, das die eigentliche Abdichtung darstellt. Um zu erreichen, daß auf das Dichtglied 9 nur eine möglichst kleine Druckdifferenz wirkt, werden etwaige Leckmengen des im Raum 4· befindlichen Druck= mediums, die in die Bäume 5 und 7 gelangt sind, wieder in den Raum 4 zurückgefördert. Bei diesem Vorgang arbeitet das Ventil«= glied 3 wie das Druckventil, und das Ventilglied 6 wie das Saug= ventil bzw. der Kolbenring einer Kolbenpumpe. Um zu verhindern, daß im Raum 7 Unterdruck entsteht, können die Räume 5 und 7» wie in Fig. 2 gezeigt, über ein Absperrorgan 10 miteinander verbunden werden. Das Absperrorgan 10 wird von der federbelasteten Membran 11 geöffnet, wenn der absolute Druck im Raum 7 einen durch die Vorspannung der Feder 12 einstellbaren bestimmten Wert unter= schreitet. Steht die Stange 1 still, so fehlt die beschriebene Pumpwirkung und die Räume 5 und 7 füllen sich aus dem Raum 4-über die unvermeidlichen kleinen Undichtheiten der Ventilglieder 3 und 6 mit Druckmedium, so daß in diesem Fall die volle Druck= differenz auf dem Dichtglied 9 lastet, was zu größeren Verlusten im Stillstand führen würde. Die in Fig. 3 dargestellte Stillstandßdichtung vermeidet diesen Nachteil. Bei dieser Ausführung ist das Dichtglied 9 mit Hilfe eines O-Ringes 13 an seinem Außendurchmes« ser abgedichtet und weist eine kegelige Partie 15 auf, die mit einer ebensolchen Gegenfläche der Stillstandsdichtung 14 zuoam«· menarbeitet. Diirch den höheren Druck im Raum 7 während des Stillstandes bringt das in der Art eines Kolbens wirkende Dichfcglied 9 die Stillstandsdichtung 14 in die in der rechten Hälfte der Fig. 3 gezeigte Form, wobei die Spitze ihres Dreiecksquerschnittes

dichtend an den Umfang der Stange 1 angepreßt wird, Wenn sich die Stange wieder bewegt, wird das Druckmedium aus dem Raum 7 über den Raum 5 in den Raum 4 zurückgefördert, wodurch der Druck im Raum 7 sinkt. Dann nimmt die Stillstandsdichtung 14 wieder die in der linken Hälfte von Fig. 3 gezeigte Querschnittsform an. Anstelle des O-Ringes 13 kann auch eine Membrane zur Abdichtung des Dichtgliedes 9 an seinem Außendurchmesser dienen.

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Bezüglich näherer Einzelheiten über die Bauart und Wirkungsweise der Abdichtung wird auf die Erläuterung der einzelnen Merkmale der Erfindung in der Besehreibungseinleitung verwiesen.

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Claims

Patentansprüche

M.!Abdichtung zwischen einer hin- und hergehenden Stange und der sie umgebenden Bohrung eines feststehenden Gehäuses, dessen Inne= res ein unter Druck stehendes Medium enthält, wobei die Abdichtung mindestens ein ringförmiges, die Stange dichtend umgebendes Dicht= glied aufweist, das durch das Gehäuse nahezu vollständig daran gehindert ist die Bewegungen der Stange mitzumachen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (1) und das Gehäuse (2) als Kolben= pumpe ausgebildet sind, die das an dem Dichtglied (9) anstehende Medium von dem Dichtglied weg zurück in das Gehäuseinnere (4) fördert,
2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes ringförmiges Ventilglied (3) zwischen dem Gehäuseinneren (4) und dem Dichtglied (9) liegt, sowie durch das Gehäuse (2) nahezu vollständig daran gehindert ist die Bewegungen der Stange (1)- mitzumachen und die Stange dichtfähig umgibt, wobei es das Medium daran hindert vom Gehäuseinneren in Richtung auf das Dicht= glied zu fließen, eine Strömung in entgegengesetzter Richtung jedoch zuläßt, während die Stange mit einem zweiten ringförmigen Ventilglied (6) versehen ist, das die Bewegungen der Stange nahe= zu vollständig mitmacht und in allen Stellungen der Stange zwi= sehen dem ersten Ventilglied und dem Dichtglied liegt, wobei das zweite Ventilglied an der Gehäusebohrung dichtfähig anliegt und das Medium daran hindert vom Gehäuseinneren in Richtung auf das Dichtglied zu strömen, eine Strömung in entgegengesetzter Richtung jedoch zuläßt,
3. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von den beiden Ventilgliedern (3,6) dem Stangenumfang, sowie der Gehäusebohrung begrenzte Pumpenraum (5) mit dem von dem zweiten Ventilglied (6), dem Dichtglied (9), dem Stangenumfang und der Gehäusebohrung begrenzten Entlastungsraum (7) über ein Absperr= organ (10) miteinander verbunden sind, wobei das Absperrorgan

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dann geöffnet ist, wenn der Druck in dem Entlastungsraum unter einem bestimmten Druck liegr, sonst aber geschlossen ist.
4. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtglied (9) mit einer Stillstandsdichtung .(14) versehen ist, die bei drucklosem Entlastungsraum (7) den Stangenumfang nicht berührt, bei druckbeaufschlagtem Entlastungsraum jedoch durch den darin herrschenden Druck dichtend an den Stangenumfang gepreßt wird.
5. Abdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtglied (9) als Ringkolben ausgebildet ist, der eine kegelige

W Stirnfläche (15) aufweist, die mit einer ebensolchen Gegenfläche der Stillstandsdichtung (14) beim Anpressen derselben an den Stangenumfang zusammenarbeitet.
6. Abdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stillstandsdichtung aus einem zusammen mit dem Dichtglied (9) in einer Ringnut in der Gehäusebohrung liegenden verformbaren Ring (14) besteht, dessen Querschnitt annähernd die Form eines rechtwinkligen Dreieckes aufweist, dessen rechter Winkel der Stange (1) und der Nutflanke (16) zugewandt ist, die am weitesten von dem Gehäuseinneren (4) entfernt ist, wobei mindestens die dem Gehäuseinneren zugewandte Spitze des Dreieckes durch das als KoI= ben ausgebildete Dichtglied verformbar ist.
7. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtglied aus einem Ring (9) mit rechteckigem Querschnitt be= steht, der mit Spiel in einer Ringnut der Gehäusebohrung liegt und dichtend sowohl an der Stange (1), als auch an einer der Nutflanken anliegt.
8. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilglied aus einem Ring (3) mit rechteckigem Querschnitt besteht, der mit Spiel in einer Ringnut in der Gehäusebohrung

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liegt und an seiner dem Gehäuseinneren (4) zugewandten Seite mit an sich bekannten Ausnehmungen versehen ist.
9. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventilglied aus einem Ring (6) mit rechteckigem Querschnitt besteht, der mit Spiel in einer Ringnut der Stange (1) liegt und an seiner dem Gehäuseinneren (4-) zugewandten Seite mit an sich bekannten Ausnehmungen versehen ist.
10. Abdichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (3,6,9) ungeschlitzt ist und an seiner zylindrischen Dichtfläche einen gegenüber der Gegenfläche um so viel verschiedenen Durchmesser aufweist, daß die Dichtfläche allein schon mechanisch an die Gegenfläche gepreßt wird.
11. Abdichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (3,6,9) nach Art eines Kolbenringes geschlitzt ist.
12. Abdichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (3,6,9) durch Eigenfederung mit seiner zylindrischen Dicht» fläche an der Gegenfläche zur Anlage gebracht wird.
13. Abdichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (3,6,9) durch einen Spannring mit seiner zylindrischen Dicht= fläche zur Anlage an der Gegenfläche gebracht wird.
14. Abdichtung nach einem der Ansprüche 7» 8 oder 9 dadurch ge« kennzeichnet, daß der Ring (3,6,9) aus verformbarem Werkstoff, vorzugsweise aus Kunststoff besteht.
15. Abdichtung nach einem der Ansprüche 7i 8 oder 9, dadurch ge» kennzeichnet, daß der Ring (3,6,9) aus einem Werkstoff mit Selbst» Schmierungseigenschaften besteht.

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16. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtglied (9) und die Ventilglieder (3,6) durch Lippendichtungen gebildet werden, wobei die Innenseiten der Lippen dem Gehäuseinne« ren (4) zugewandt sind.

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