DE2405176A1

DE2405176A1 - Dichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2405176A1
Application number: DE19742405176
Authority: DE
Inventors: Pier Luigi Dr Panigati
Original assignee: Etablissement dOccident
Current assignee: Etablissement dOccident
Priority date: 1973-02-09
Filing date: 1974-02-04
Publication date: 1974-08-15
Also published as: SE399587B; NL171616C; JPS5740395B2; JPS49112059A; FR2217607B1; GB1437734A; IT1006179B; US3895815A; DE2405176C3; FR2217607A1; NL7400877A; CH560340A5; ES422907A1; DE2405176B2

Description

BE 15'751

Maxton : Mmxton 31. JAN. 1974

Lang maack

Patentanwälte 8 Köln 51, Pferdm«ng#»ltr. SO

Etablissements d'Occident, Vaduζ

(Liechtenstein)

Dichtungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung zwischen koaxialen zylindrischen Körpern, bestehend aus einem Dichtungsring und einem ringförmigen Raum im einen der beiden Körper zur Aufnahme des Dichtungsringes, wobei der Raum einen V-förmigen Querschnitt und der Dichtungsring einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt mit gegen den Grund des Raumes konvergierenden Flanken aufweist, wobei der Dichtungsring um den genannten Grund zwecks Ausübung einer Dichtwirkung kippbar abstützt.

Bekannt sind Dichtungsvorrichtungen in Anwendung bei pneumatischen

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oder hydraulischen Zylindern, üblicherweise Dichtungsringe der Bauart "O-Ring" oder "Ü-Ring" genannt. Bekannt sind auch die geometrischen und betrieblichen Charakteristiken, welche hier deshalb nicht wiederholt werden. Es sei hier lediglich erwähnt, dass Dichtungsvorrichtungen der Type "O-Ring" einen relativ hohen Wert von Elastizität aufweisen müssen, um eine sichere Dichtung zu gewährleisten. Die Differenz zwischen dem grössten Durchmesser des Dichtungsringes in der Ruhelage und dem Durchmesser der Oberfläche, gegen welche der Ring dichten muss, ist verhältnismässig gross. Daraus erfolgt eine verhältnismässig grosse Reibung zwischen dem Dichtungsring und der Oberfläche, an welchen sich derselbe, anlegt. Dies gilt sowohl für den Zustand der Ruhe wie auch für den Zustand der B.ewegung. Daraus resultiert aber auch die Notwendigkeit eines verhältnismässig hohen Druckes zur Einleitung der Bewegung wie auch einer verhältnismässig hohen Abnützung der Dichtungsvorrichtung .

Die Dichtungsvorrichtung der Type "O- oder Ü-Ringe" vermeiden teilweise die vorerwähnten Nachteile. Bei doppeltwirkenden Kolben in Zylindern wirkt sich trotzdem die relativ grosse Lippe, welche für die Dichtung nicht verwendet wird, nachteilig aus auf die Oberfläche, gegen welche die Dichtung wirken soll, indem sie einen eventuellen Oelfilm abstreift und dadurch zu Kratzern durch kleine Erhöhungen der Oberfläche führt.

Es ist daher eine Dichtung der eingangs erwähnten Art bekanntgeworden , bei welcher ein Dichtungsring, der im Querschnitt im wesentlichen ebenfalls die Form eines Dreiecks aufweist, kippbar eine einem V-förmigen Raum in einem der beiden koaxialen Körper angeordnet ist. Der Dichtungsring weist aber vor dem Zusammenbau der beiden Körper einen grösseren Durchmesser auf als der Durchmesser des Körpers, in dessen

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ringförmigem Raum er angeordnet ist. Damit soll erreicht werden, dass er nach dem Zusammenbau von der inneren Fläche des anderen Körpers komprimiert wird, so dass er mit der gesamten einen Seite des Dreiecks unter Druck gegen diese Innenseite anliegt. Dadurch ergeben sich aber wieder die bereits erwähnte hohe Reibung zwischen dem Dichtungsring und der Innenfläche und die damit verbundenen weiteren Nachteile. Ausserdem verläuft diese Dichtungsseite geradlinig, so dass sich am üebergang zu den beiden konvergierenden Flanken scharfe Kanten ausbilden, welche dieselben nachteiligen Wirkungen auf den OeIfilm bzw. auf die Oberfläche wie die bereits erwähnte Lippe ausüben.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die konvergierenden Flanken am Grund des Raumes eine Spitze bilden, um welche der Dichtungsring kippbar ist, und dass der Dichtungsring in seiner Ruhestellung mit einem vorbestimmten Spiel gegenüber der inneren Oberfläche des anderen der beiden Körper eingebaut ist, so dass der Abstand zwischen dem Drehpunkt der Kippbewegung und den Punkten der Berührungslinie zwischen dem Dichtungsring und der Oberfläche unter dem Druck, welcher die Kippbewegung verursacht, grosser ist als der grösste Durchmesser des Dichtungsringes im Ruhezustand.

Nach einem weiteren Beispiel der Erfindung weist die Dichtungsvorrichtung die die beiden Flanken verbindende, im Ruhezustand parallel zur inneren Oberfläche des anderen Körpers verlaufende Seite Abrundungen auf, von denen eine sich nach erfolgter Kippbewegung des Dichtungsringes gegen die genannte Oberfläche anlegt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben und dargestellt. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Zylinders und eines Kolbens in Ruhestellung, durch eine Ebene, welche durch die gemeinsame Achse von Kolben und Zylinder gelegt ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt, analog demjenigen von Fig. 1, durch den Dichtungsring in Arbeitsstellung,

Fig. 3 einen Schnitt gemäss der Linie III-III in Fig. 1, teilweise mit Dichtungsring, teilweise ohne denselben gezeichnet, und

Fig. 4 einen Längsschnitt, wie in Fig. 1 und 2, jedoch einer anderen Ausfuhrungsform des Dichtungsringes.

In Fig. 1 bis 3 sind ein Zylinder 10 und ein Kolben 12 dargestellt und zwar als Längsschnitt in einer Ebene, welche durch die gemeinsame Achse von Kolben und Zylinder gelegt ist. Der Zylinder 10 und Kolben 12 sind einer Relativbewegung unterworfen, üblicherweise unter Ortsbewegung des Kolbens. Auf die eine Seite des Kolbens 12, beispielsweise auf die Seite 14 wird ein Druck ausgeübt, um eine Bewegung des Kolbens 12 in Richtung des Pfeiles x, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, zu bewirken.

Um eine einwandfreie Arbeitsweise zu gewährleisten, ist es notwendig, dass das Druckmittel, welches auf die Seite 14 des Kolbens 12 aufschlägt, nicht auf die entgegengesetzte Seite des Kolbens 12 gelangt. Mittels der Dichtungsvorrichtung, bestehend aus dem Dichtungsring 16, welcher auf der polierten Oberfläche 18 des Zylinders 10 anliegt und einem Ringraum 20 im Kolben 12, welcher den Dichtungsring 16 aufnimmt, ist eine Abdichtung möglich.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist der Dichtungsring 16 einen

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Querschnitt im wesentlichen in Form eines Dreiecks auf, dessen Seite 22 parallel zur Oberfläche 18 verläuft, gegen v/elche die Abdichtung auszuführen ist.

Der Querschnitt des Dichtungsringes, erzeugt durch eine Meridianebene durch die Achse des Kolbens und des Zylinders, weist zwischen den beiden Scheitelpunkten Abrundungen 24 und 26 auf. Der Scheitelpunkt, welcher gegenüber der Seite 22 sich befindet, weist eine Nute 28 auf mit. Lippen 30 und 32 zu beiden Seiten. Die Lippen 30 und 32 sind so bemessen, dass sie elastischer sind als der restliche Teil des Dichtungsringes 16.

Der Dichtungsring 16 ist in den Ringraum 20 eingelegt, welcher,,wie die Zeichnung zeigt, einen Querschnitt aufweist, welcher aus einem Vieleck, vorzugsweise aus im wesentlichen einem Dreieck, mit konvergenten Flanken besteht, welche in Form eines V angeordnet sind. Der Oeffnungswinkel CC ist grosser als der Oeffnungswinkel β im Scheitel des Vielecks, welcher der Seite 22 gegenübersteht. Auf diese Weise entstehen im Ringraum Flanken 34 und 42, welche weiter auseinander gehen, als die Flanken 36 und 40 des Dichtungsringes 16, bezogen auf gleiche Punkte eines Querschnittes durch den Dichtungsring. Der Dichtungsring 16 weist am Grund des Ringraumes 20 Lippen 30 und 32 auf. In der Grund- oder Ruhestellung des Dichtungsringes gemäss Fig. 1 berührt der Dichtungsring 16 die Oberfläche 18, gegen welche er seine Dichtungsfunktion ausüben muss, nicht oder höchstens an vereinzelten Stellen bei sehr engen Toleranzen zwischen Kolbenseite 14 und Oberfläche 18. Er muss am Grunde des Ringraumes ohne Druck anliegen, sonst würde er durch die entstehende innere Spannung gegen die eine oder andere der Flanken 34 und 42 gezogen.

Fig. 2 zeigt den Dichtungsring 16 in Arbeitsstellung, d.h.,

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dass auf der Seite 14 des Kolbens 12 Druckmittel vorhanden ist.. Dieses Druckmittel dringt in den Zwischenraum zwischen den Flanken 34 des Ringraumes 20 und 36 des Dichtungsringes 16 ein und erzeugt eine Kraft, welche im Dichtungsring ein Drehmoment erzeugt. Dieses Drehmoment bewegt den Dichtungsring 16 bis zu einem Punkt, in welchem die Flanken des Dichtungsringes 16 sich an die Flanke 42 des Kolbens 12 anlegt. Das Druckmittel kann nun über die Flanken 36, 40 und 42. eine Kraft auf den Kolben 12 ausüben. Die Verdrehung des Dichtungsringes erfolgt anfänglich starr und anschliessend mit elastischer Deformation des Dichtungsringes , so dass sich ein Spielraum zwischen dem Kolben und dem Dichtungsring 16 proprotional zum angewendeten Druck einstellt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erzeugt die Verdrehung des Dichtungsringes 16 eine Ausdehnung der Abrundung 26 auf der Seite, auf welcher das Druckmittel einströmt. Gleichzeitig erfolgt ein elastisches Andrücken der Lippe 30 an die Flanke 42, wodurch eine gute Abdichtung entsteht. Das Druckmittel, welches auch in die Nute 28 eindringt, presst die Lippe 30 an die Flanke 42.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen Aussparungen 44 im Kolben 12, verteilt über den ganzen Umfang des Kolbens bzw. des Ringraumes 20, um den Zutritt des Druckmittels zum Dichtungsring 16 und zwischen die Flanken 34 und 36 zu gewährleisten.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 bezieht sich auf einen doppeltwirkenden Druckzylinder. Die dreieckigen Querschnitte des Dichtungsringes und des Ringraumes sind deshalb gleichseitige Dreiecke. Diese Dichtungsvorrichtung besitzt symmetrische Konstruktionsformen inbezug auf die Winkelhalbierende der Scheitelpunkte in der Vertiefung des Ringraumes. Demgegenüber zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform, bei welcher die Dichtungsvorrichtung ihre Funktion nur nach einer Seite ausüben muss. Der Meridianquerschnitt des Dichtungs-

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ringes kann in diesem Falle rechtwinklig oder treppenförmig sein". Die Bezugszeichen 10¹, 12', 16' und 20' bezeichnen die gleichen Elemente, wie in den Fig. 1 bis 3 mit denselben Zahlen.

Es ist selbstverständlich, dass die Dichtungsvorrichtung gemäss Fig. 1 bis 4 ihre Funktion in gleicher Weise ausüben kann, unabhängig davon, ob die eigentliche Dichtung, d.h. der Dichtungsring in den Zylinder eingelassen ist oder in den Kolben.

Die vorbeschriebene Dichtungsvorrichtung weist folgende Vorteile auf, welche auch einzeln gegenüber bekannten Dichtungsvorrichtungen vorhanden sein können: Die Reibungskräfte, verursacht durch die Druckkraft auf die Oberfläche 18, sind auf das Minimum reduziert. Da die Dichtungsvorrichtung in der Ruhelage die Zylinderwand nicht berührt, d.h., da der Durchmesser der Zylinderwand einige Zehntel Millimeter grosser ist als der Durchmesser des Dichtungsringes, genügt ein Druck von einigen Hundertstel Atmosphären, um den Dichtungsring zum Anliegen zu bringen und dadurch die Dichtung in Funktion zu setzen.

Die Gleichmässigkeit der Kolbenbewegung ist aufgrund der Tatsache, dass die Dichtungsvorrichtung dem OeIfilm einen leichten Durchgang über die Oberfläche des Dichtungsringes erlaubt, gewährleistet.

Die Dichtungsvorrichtung gleitet im übrigen über Unregelmässigkeiten der Oberfläche leicht hinweg und erzeugt dadurch eine ausserordentliche Gleichmässigkeit der Kolbenbewegung. Diese Gleichmässigkeit ist auch begründet durch die konstruktive Gestaltung der Seite 22 des Dichtungsringes 16 gegenüber der polierten Oberfläche 18 des Zylinders 10, welche die Bewegung des Kolbens in beiden Richtungen er-

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leichtert.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Verringerung der Abnützung, d.h. in einem geringeren Verschleiss. Wenn die Oberfläche des Dichtungsringes an ihrer ursprünglichen Berührungslinie abgenützt ist, vergrössert sich der Dichtungsring selbsttätig den Winkel seiner Verdrehung aus der Ruhestellung und stellt dadurch die Berührung des Dichtungsringes mit der Zylinderfläche längs einer neuen Berührungslinie sicher. Auf diese Weise wird auch verhindert, dass sich an der Berührungsfläche abgenützte Teile festsetzen.

Wenn der Dichtungsring auf der Seite des Kolbens abgenützt ist, so ändert sich die Berührungsfläche des Dichtungsringes beim Hin- und Hergang des Kolbens. Auf diese Weise entsteht eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer des Dichtungsringes. Die Dichtungsvorrichtung unterscheidet sich von bekannten Bauarten auch durch die Einfachheit der Konstruktion und des Betriebes. Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, eine Dichtungsvorrichtung mit geringen Kosten herzustellen, mit welcher auch, theoretisch mit einfachen Formeln, das Verhalten derselben berechnet werden kann. Ferner ist es möglich, sowohl den Dichtungsring als auch den Ringraum so zu konstruieren, dass er den Anforderungen an die Dichtung vollständig genügen kann.

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Claims

Ansprüche

Dichtungsvorrichtung zwischen koaxialen zylindrischen Körpern (10, 12), bestehend aus einem Dichtungsring (16) und einem ringförmigen Raum (20) im einen der beiden Körper zur Aufnahme des Dichtungsringes, wobei der Raum (20) einen V-förmigen Querschnitt und der Dichtungsring (16) einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt mit gegen den Grund des Raumes (20) konvergierenden Flanken (36, 40) aufweist, wobei der Dichtungsring um den genannten Grund zwecks Ausübung einer Dichtwirkung kippbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die konvergierenden Flanken am Grund des Raumes (20) eine Spitze bi-lden, um welche der Dichtungsring (16) kippbar ist, und dass der Dichtungsring (16) in seiner Ruhestellung mit einem vorbestimmten Spiel gegenüber der inneren Oberfläche (18) des anderen (10) der beiden Körper (10, 12) eingebaut ist, so dass der Abstand zwischen dem Drehpunkt der Kippbewegung und den Punkten der Berührungslinie zwischen dem Dichtungsring (16) und der Oberfläche (18) unter dem Druck, welcher die Kippbewegung verursacht, grosser ist als der grösste Durchmesser des Dichtungsringes im Ruhezustand.
2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die beiden Flanken (36, 40) verbindende, im Ruhezustand parallel zur inneren Oberfläche (18) des anderen Körpers (10) verlaufende Seite (22) Abrundungen (24, 26) aufweist, von denen eine sich nach erfolgter Kippbewegung des Dichtungsringes (16) gegen die genannte Oberfläche (18) anlegt.
3. Dichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (16) mindestens eine

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elastisch deformierbare Zone aufweist, welche sich in der Nähe des Scheitelpunktes im Grunde des Ringraumes befindet.
4. Dxchtungsvorrxchtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch deformierbare Zone die Form von Lippen (30, 32) aufweist, welche die Seitenwände einer Nute (28) des Dxchtungsrxnges (16) bilden.
5. Dxchtungsvorrxchtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) über den ganzen Umfang des Ringraumes (20) verteilte Aussparungen (44) aufweist, um den Zutritt des Druckmittels ,zum Dichtungsring (16) zwischen die Flanken (34, 36) zu gewährleisten.

Sb/dh/17.1.1974

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