DE3712331C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abdichten einer mit einem gasförmigen Medium druckbeaufschlagbaren ringförmigen Kammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art wird nahe den jeweiligen Kammerenden in das die Kammer begrenzende ortsfeste Element und/oder in das bewegbare Kolbenelement an dessen Innen- bzw. Außenfläche eine Nut eingearbeitet, in die das Abdichtelement eingebracht ist.

Dies bedeutet, daß das Abdichtelement zwischen den beiden relativ zueinander bewegbaren Elementen ständig eine Gleitreibung bewirkt, was sich auf die Höhe des zu verwendenden bzw. aufzubauenden Druckes auswirkt. Ferner besteht die Gefahr, daß das bewegbare Kolbenelement in seiner Ruheposition am ortsfesten Teil des Kammergehäuses haften bleibt (sog. Klebeffekt), so daß erstens die Anfangsbewegung des Kolbenelementes statt stetig zu sein, ruckartig und mit einer gewissen Verzögerung erfolgt und zweitens auch deshalb ein entsprechend erhöhter Anfangsdruck vorhanden sein muß. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß die relativ zueinander bewegbaren Elemente mit vergleichsweise engen Toleranzen ineinander gepaßt werden müssen. Schließlich ist es zeit- und arbeitsaufwendig, für die Abdichtelemente die Nuten in das Kolbenelement bzw. die Kammergehäuseteile einzuarbeiten.

Desweiteren ist aus der DE-PS 6 12 836 eine Rolldichtung bekannt, bei der ein O-Ring zwischen dem Außenumfang eines Kolbens und dem Innenumfang eines Zylinders in in jedem Betriebszustand dichtender Weise eingeklemmt ist. Dies ist dadurch erreicht, daß der O-Ring bereits im Ruhezustand unter Vorspannung sowohl den Kolben als auch den Zylinder berührt, da sein Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Kolbens und da sein Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Zylinders. Durch diese Maßnahmen und dadurch, daß sowohl die Außenfläche des Kolbens als auch die Innenfläche des Zylinders rauh sind, wird erreicht, daß sich der O-Ring bei der Relativbewegung vom Kolben und Zylinder abrollt. Dies bedeutet, daß die vorgenannte Gleitreibung durch eine Rollreibung ersetzt wird, aber damit der sog. Klebeffekt nicht vermieden wird. Außerdem steht die notwendigerweise vorhandene Rauhigkeit der betreffenden Oberflächen einer guten Abdichtung entgegen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der sogenannte Klebeffekt und die Gleitreibung während der Relativbewegung der Elemente zueinander vermieden wird und die dennoch bei herstellungstechnisch geringerem Aufwand eine gute Abdichtung der Kammer in der Endstellung bewirkt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der genannten Art durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß sich der Abdichtring, der sich stirnseitig vor dem Kolbenelement befindet, zusammen mit dem Kolbenelement gleitreibungsfrei bewegen kann, und erst dann seine Abdichtposition einnimmt, wenn es sich unter dem Druck des gasförmigen Mediums gegen das an einem Anschlag anliegende Kolbenelement legt. Dies bedeutet, daß bereits zu Beginn der Bewegung des Kolbenelementes aus seiner Ruheposition heraus auch der Abdichtring in seiner nicht vorgespannten Ruheposition ist, so daß eine stetige Anfangsbewegung des Kolbenelementes und des Abdichtringes gewährleistet ist. Dennoch ergibt sich am Ende der Bewegung des Kolbenelementes und des Abdichtringes eine gute Abdichtung der ringförmigen Kammer gegenüber dem bewegbaren Kolbenelement. Da der Abdichtring stirnseitig vor dem Kolbenelement und damit innerhalb der Kammer bewegbar gehalten ist, sind keinerlei Einstiche bzw. Nuten im Kolbenelement oder im Kammergehäuse notwendig, was die Herstellung dieser Vorrichtung zeitlich und arbeitsmäßig erleichtert und eine Schwächung des Kolbenelementes vermeidet. Der ringförmige Bereich des Kolbenelementes kann somit relativ dünnwandig gemacht werden, was sich auch auf die Baugröße der gesamten Vorrichtung vorteilhaft auswirkt. Da sich der Abdichtring unter der Wirkung des Druckes des gasförmigen Mediums flachdrückt, ist es nicht notwendig, die sich relativ zueinander bewegenden Teile unter engen Toleranzen aneinander anzupassen, sondern es ist ein relativ großes Spiel zulässig. Darüber hinaus ist lediglich ein einziger Abdichtring notwendig, während bisher das Kolbenelement sowohl zur Innenseite als auch zur Außenseite hin gegenüber den jeweiligen die Kammer begrenzenden ortsfesten Teile mit Hilfe je mindestens eines in jeweils einem Einstich gelagerten Abdichtrings abgedichtet werden mußte.

Eine günstige und kostensparende Ausführungsform, die bei relativ großen zulässigen Toleranzen eine gute Abdichtung bewirkt, ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 2.

Wird an beiden Enden der Kammer jeweils ein Kolbenelement vorgesehen, so erfolgt die Zuführung des gasförmigen Mediums in die Kammer zwischen den beiden Abdichtringen, wenn sie sich in Ruhelage befinden. Ist jedoch die Kammer einenends von einem ortsfesten Bodenteil begrenzt, so ist es zweckmäßig, die Merkmale des Anspruches 3 vorzusehen, so daß in jedem Falle gewährleistet ist, daß in Ruhelage des Kolbenelementes das gasförmige Medium hinter die dem Kolbenelement abgewandte Fläche des Abdichtringes geführt wird, wenn die Zuführung des gasförmigen Mediums nicht stirnseitig erfolgen kann, sondern aus Platzgründen seitlich vorgesehen werden muß.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 ist erreicht, daß eine einseitige Druckbeaufschlagung des Kolbenelementes ausreichend ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigt:

Fig. 1 eine Untereinsicht einer mit einer Abdichtvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung versehene Spindeleinheit einer Bohrmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, wobei der rechte Teilschnitt in angehobener Ruheposition und der linke Teilschnitt in abgesenkter Arbeitsposition der erfindungsgemäßen Abdichtvorrichtung dargestellt ist,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Teilschnitt längs der Linie III-III der Fig. 1 und

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung eine Einzelheit gemäß Kreis IV der Fig. 2.

Die Vorrichtung 11 zum Abdichten einer mit einem gasförmigen Medium druckbeaufschlagten Kammer gegenüber einem Kolbenelement wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei einer Bohrspindeleinheit 10 dargestellt, von der eine Vielzahl in bspw. Reihen und Spalten an einem Rahmengestell 12 zum Bohren von Löchern in Leiterplatten gehalten ist. Dabei sollen die einzelnen Bohrspindeleinheiten 10, die pneumatisch angetrieben sind, einen möglichst geringen Mittenabstand voneinander aufweisen.

Die Bohrspindeleinheit 10, deren Spindelführungsbuchse 13 das Rahmengestell 12 durchdringt, ist an zwei einander diagonal gegenüberliegenden Eckbereichen einer Hülse 14 der Abdichtvorrichtung 11 mittels Schrauben 16 am Rahmengestell 12 hängend befestigt. Die Hülse 14 umgibt die Spindelführungsbuchse 13 konzentrisch und besitzt an ihrem oberen Ende einen nach innen ragenden Ringbund 17, in dessen Ringnut ein O-Ring 18 eingearbeitet ist, der sich druckdicht an die Außenfläche der Spindelführungsbuchse 13 anlegt.

Zwischen der ortsfesten Hülse 14 und der ortsfesten Spindelführungsbuchse 13 ist eine Ringkammer 21 gebildet, in der ein ringförmiger Kolben 22 in axialer Richtung hin und her bzw. auf und ab beweglich geführt ist. Der inneren Ringstirnfläche 23 des Kolbens 22 der Abdichtvorrichtung 11 zugewandt ist ein Abdichtring 24 in Form eines O-Ringes angeordnet, der dazu dient, die Ringkammer 21 gegenüber dem ringförmigen Kolben 22 nach außen hin sowohl in Richtung der Hülse 14 als auch in Richtung der Spindelführungsbuchse 13 abzudichten.

An seinem unteren Ende ist der ringförmige Kolben 22 mit einem Niederhalter 26 derart verbunden, daß er mit einem Ringteil 27 in einer Ringausnehmung 28 des Niederhalters 26 in axialer Richtung beweglich geführt ist und durch einen in einer Ringnut angeordneten O-Ring 29 abgedichtet ist. Der Niederhalter 26 ist an zwei einander diagonal gegenüber liegenden Eckbereichen, die zu den diagonalen Eckbereichen der Schrauben 16 um 90° versetzt sind, über eine Buchse 31 an einem Schraubbolzen 32 längsgeführt, der an einem unteren nach außen ragenden Bund 33 der Hülse 14 gehalten bzw. befestigt ist. An diesen beiden Schraubbolzen 32 ist außerdem über einen äußeren Bund 34 der ringförmige Kolben 22 geführt. Um 90° versetzt zu den Schraubbolzen 32 ist am unteren Ende des Niederhalters 26 mittels einer axialen Schraube 37 je eine Rückholfeder in Form einer Zugfeder 36 gehalten, deren anderes Ende am Kopf der Befestigungsschraube 16 eingehängt ist.

Innerhalb des Niederhalters 26 ist ein in der Spindelführungsbuchse 13 axial bewegliches Spindelteil 38 angeordnet, in der eine rotierende Spindel 39 gelagert ist, die in nicht dargestellter Weise pneumatisch antreibbar ist. Mit der Spindel 39 ist ein Bohrer 41 auswechselbar verbunden.

In Ruhelage ist der ringförmige Kolben 22 gemäß dem rechten Schnitt der Fig. 2 zusammen mit dem Niederhalter 26 durch die Rückholfeder 36 in seiner oberen Position gehalten, in der der äußere Bund 34 des Kolbens 22 am äußeren Bund 33 der ortsfesten Hülse 14 anschlägt und der Abdichtring 24 lose in der Ringkammer 21 zwischen Stirnfläche 23 des Kolbens 22 und innerem Ringbund 17 der Hülse 14 angeordnet ist. Dabei ist die Ringkammer 21 durch den ringförmigen Kolben 22 und dessen Abdichtring 24 im wesentlichen ausgefüllt ist.

Zur Bewegung des ringförmigen Kolben 22 entgegen der Wirkung der Rückholfedern 36 wird in die Ringkammer 21 ein gasförmiges Medium, vorzugsweise Luft unter Druck eingeblasen. Dazu ist gemäß den Fig. 1 und 3 ein Luftanschlußnippel 43 vorgesehen, der an einem mit dem Bolzen 32 versehenen Eckbereich der ortsfesten Hülse 14 in eine Gewindebohrung 44 eingeschraubt ist. Diese Gewindebohrung 44 führt über ein in axialer Flucht liegendes Bohrungsteil 46 zu einer durchmesserkleineren Bohrung 47, die demgegenüber unter einem spitzen Winkel von bspw. 5° angeordnet ist und die in einem Bereich der Eckverbindung von axialer Innenwand 48 und radialer Stirnwand 49 der Hülse 14 in die Ringkammer 21 mündet. Dabei ist die schräge Bohrung 47 an ihrem inneren Ende durch eine Ausnehmung 51 in der radialen Stirnwand 49 des inneren Ringbundes 17 der Hülse 14 gebildet. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Druckluft bzw. das Druckgas in einen Bereich zwischen dem Abdicht- bzw. O-Ring 24 und der inneren Stirnwand 49 des inneren Ringbundes 17 in die Ringkammer 21 geführt wird. Auf diese Weise wird der Abdichtring 24 stets sicher nach unten bewegt werden. Der Abdichtring 24 ist ein handelsüblicher O-Ring und wird mit relativ großem Spiel in die Ringkammer 21 eingelegt. Bspw. kann der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser des O-Ringes 24 gegenüber dem Innendurchmesser der Hülse 14 bzw. dem Außendurchmesser der Spindelführungsbuchse 13 um bis zu 4/10 mm kleiner sein. Wie Fig. 3 zeigt, kann dadurch im Ausgangszustand (Kreisquerschnitt) des O-Ringes 24 Luft an diesem vorbei unmittelbar zum ringförmigen Kolben 24 gelangen.

Mit dem Beaufschlagen der Ringkammer 21 mit Druckgas bzw. Druckluft werden der Abdichtring 24 und der ringförmige Kolben 22 nach unten bewegt (Pfeile A in Fig. 3), und zwar soweit, bis die Buchse 31, die mit dem äußeren Bund 34 des Kolbens 22 fest verbunden ist, am unteren Ende des Schraubbolzens 32 anschlägt. Aufgrund dieses Widerstandes wird durch den Druck des gasförmigen Mediums der Abdichtring 24 in der Ringkammer 21 gemäß Fig. 4 aus seinem (gestrichelten) kreisförmigen Querschnitt zu einem etwa ovalen Querschnitt derart verformt und komprimiert, daß er sich dichtend sowohl an die Innenwand 48 der Hülse 14 als auch an die Außenfläche 52 der Spindelführungsbuchse 13 anlegt. Auf diese Weise ist die Ringkammer 21 gegenüber dem Ringkolben 22 druckfest abgedichtet.

In dieser Stellung kann dann in nicht dargestellter Weise ebenfalls mittels Druckluftantrieb der Niederhalter 26 relativ zum Kolben 22 in axialer Richtung um eine der Restlänge der Buchse 31 entsprechenden Länge bewegt werden. Wird die Ringkammer 21 entlüftet, also Druck weggenommen, so geht der Abdichtring 24 aus seiner verformten ovalen Querschnittslage in seine ursprüngliche kreisförmige Querschnittslage zurück, so daß ohne Vorhandensein irgendeiner Gleitreibung der Ringkolben 22 mit Hilfe der Rückholfedern 36 in seine Ruhelage wieder zurückgeführt werden kann.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Abdichtvorrichtung 11, die vorstehend in der Anwendung bei einem Ringkolben an einer Bohrspindeleinheit 10 beschrieben ist, auch anderen Anwendungen zugeführt werden kann. Bspw. ist sie auch bei pneumatischen Steuerventilen anwendbar, bei denen der Kolben einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, den O-Ring 18 in der Nut des inneren Ringbundes 17 durch einen Abdichtring entsprechend dem der erfindungsgemäßen Abdichtvorrichtung 11 derart zu ersetzen, daß ein solcher Abdichtring innerhalb der Ringkammer 21 angeordnet ist und der Druckgas- bzw. Drucklufteinlaß zwischen den beiden Abdichtringen in Ruhestellung erfolgt, so daß der eine Abdichtring nach oben gedrückt wird und die Durchführung zwischen Hülsen-Ringbund 17 und Spindelführungsbuchse 13 abdichtet und der andere nach unten gedrückt wird. Es ist auf diese Weise auch möglich, innerhalb einer Ringkammer bspw. zwei ringförmige Kolben abzudichten, die sich axial in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Desweiteren kann eine derartige Abdichtvorrichtung auch bei Kolben Verwendung finden, die keine axiale sondern eine Schwenkbewegung ausführen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Abdichten einer mit einem gasförmigen Medium druckbeaufschlagbaren ringförmigen Kammer gegenüber mindestens einem zumindest teilweise innerhalb der Kammer und gegen einen Anschlag längsbewegbaren Kolbenelement und/oder gegenüber einer Durchführung im Kammergehäuse, mit einem axial beweglichen Abdichtring im Bereich des Kolbenelementes und/oder der Durchführung, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdichtring (24) in der Kammer (21) gegenüber einer Ringstirnfläche (23) des Kolbenelementes (22) angeordnet und unter Spiel gehalten ist und daß die Kammer (21) derart mit Druck beaufschlagt wird, daß sich der Abdichtring (24) in Bewegungsrichtung des Kolbenelementes (22) bewegt und sich am Ende seiner mit dem Kolbenelement (22) ausgeführten Bewegung derart verformt, daß der bzw. die betreffenden Bereiche der Kammer (21) abgedichtet ist bzw. sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdichtring (24) ein handelsüblicher O-Ring ist, der bei Druckbeaufschlagen zu einem in Querrichtung etwa ovalen Querschnitt verformbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die einenends von einem ortsfesten Bodenteil (17) begrenzte Kammer (21) eine seitliche Zuführbohrung (44, 46, 47) für das gasförmige Medium derart geführt ist, daß deren inneres Ende (47) zumindest teilweise durch eine gegenüber der dem Kolbenelement (22) abgewandten Seite des Abdichtringes (24) angeordnete Ausnehmung (51) im ortsfesten Bodenteil (17) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das längsbewegbare Kolbenelement (22) über mindestens eine Rückholfeder (36) mit dem Kammergehäuse (14) verbunden und mit einem Rückführanschlag (33) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdichtring (24) in der Kammer (21) unter geringem Spiel gehalten ist.