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Stangendichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf die Abdichtung an hin-und herbeweglichen
zylindrischen Maschinenteilen, stangeli von hydraulischen Geräten und insbesondere
auf die Abdichtung der Ventilschäfte ven Verbrennungsmotoren.
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Zur reibungsarmen Abdichtung von axialbewegten Stangen und Kolben
werden Kunststoffringe, insbesondere auf der Basis von PTFE verwendet, die mittels
Übermaßvorspannung mit einer Dichtkante bzw.Dichtlippe dichtend an der gleitenden
Gegenfläche anliegen. Zur dauernden Aufrechterhaltung der notwendigen Dichtkantenpressung
werten bei Stangendichtungen der beschriebenen Art Spannringe aus gumnieistischen
Werkstoffen verwendet, die, radial vorgepresst, an der äußeren Mantelfläche des
Dichtrings anliegen Durch die Weiterleitung der radialen Prepkraft der Spannringe
durch den Dichtring hindurch auf dessen Dichtkante, wird die Dichtkantenpressung
erhöht und die Dichtwirkung wesentlich verbessert. Der Spannring, meist ein 0-Ring,
wirkt in diesen Dichtungsanordnungen gleichzeitig als Sekundärabdichtung, indem
er den Leckageweg silber die Rückseite des PTFE-Dichtrings verschließt, Bei Abdichtaufgaben,
bei denen es neben hoher Dichtheit auch wesentlich auf möglichttgeringe radiale
Bauhöhe der Dichtung ankommt, erweist sich die bei der beschriebenen Dichtungsanordnung
vorhandene, radlale Ubereinanderschichtung von Dichtring und Spannring als Nachteil,
weil dadurch die radiale Bauhöhe der Gesamtanordung etwa doppelt so groß wird, wie
die des Dichtrings allein. In Fällen extrem begrenzten Einbauraums, wie etwa bei
Ventilschaftabdichtungen für Hubkolbenmotoren, kann die beschriebene Dichtungsanordnung
trotz ihrer anerkannt guten Abdichtwirkung nicht eingesetzt werden.
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Bei Ventilschaftabdichtungen beispielsweise werden aus diesem Grund
und wegen der Wärmebeständigkeit als Spannringe Metallfedern verwendet. Diese können
jedoch nicht die Aufgabe der Sekundärabdichtung übernehmen, weshalb letzlich solche
PTFE-Ventilschaftabdichtungen einen kompliziert geformten und tcuren Stulpansatz
als Sekundärabdichtung und Halterung aufweisen.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß der
zähelastische Dichtring aus PTFE-Werkstoff und der weichelastische Upann-und Sekundärdiehtring
im wesentlichen axial hintereinander so angeordnet werden, daß der Dichtring in
bekannter Weise die Stange mit einer scharfkantigen Dichtkante berührt und der Spannring,
ohne die Stange zu berühren, mittels einer teils axialen, teils radialen Zusammenpressung
seines Querschnitts auf den Dichtring eine schräg zur Stange achse nach innen gerichtete
Kraft ausübt, dercn Wirkungslinien auf die Dichtkante des Dichtrings zu weisen.Weiterhin
kann zur zusätzlichen Unterstützung der Dichtkantenpressung auch die der Spannringkraft
das Gleichgewicht haltende Reaktionskraft der Dichtringfassung durch Anbringen einer
konischen Fläche an der Dichtringfassung und1! oder am Dichtring unter einem Winkel
so in den Dichtring eingeleitet werden, daß ihre Wirkungslinien ebenfalls auf die
Dichtkante des Dichtrings oder mindestens auf seine innere, der Stange zugekehrte
Umfangsfläche ou eisen.
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Durch diese Anordnungen werden die Vorteile der reibungsarnen, temperaturbeständigen
, mit hoher Dichtwirkung arbeitenden PTFE-Stangendichtung mit scharfer Dichtkante
und niederdruckseitigem Keilspalt ergänzt durch den wesentlichen Vorteil einer radial
extrem niederen Bauhöhe.
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Dadurch wird es etwa bei Ventilschaftabdichtungen möglich, die Dichtung,
bestehend aus axial hintercinander angeordnetem pTFE-Dichtring und Spannring, in
die Ventilführungshülse zu integrieren, indem sie etwa in eine ringförmige Ausnehmung
des oberen Endes der Ventilführungshülse eingebördelt wird.
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Zur Anpassung an die derzeit gebräuchlichen Ventilführungshülsen kann
die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung in eine Metallhülse eingebaut werden, wobei
die den Dichtring und den Spannring aufnehmende Innenkontur der Metallhülse die
beschriebenen Merkmale der Abstützung und T?eaktionskrafteinleitung aufweist.
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Ein besonders hinsichtlich billiger, grobtoleranter Fertigung vorteilhaftes
Merkmal besteht bei einer solchen Metallhülsenkonstruktion zum Uberstülpen über
Ventilführungshülsen darin, dap ein die Verbindung zwischen Yentilführungshülse
und Dichtungshülse herstellender Stulpansatz der Dichtungshülse
mehrfach
axial geschlitzt ist, wobei die Schlitze bia In den Bereich der' Dichtungshülse
geführt werden, in dem der etwa als 0-pinU ausgebildete Spann-und Sekundärdichtring
Liegt, wodurch an einzelnen SteLlen des Umfangs die axiale Unterstützung des Spannrings
wegfällt. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders formclastische Spannung zwischen
Dichtring und Spannring,vodurch sich unabdingbare Uantoleranzen von 0-Ring, Dichtring
und Innenkontur der Dichtungshülse wesentlich geringer auf die Dichtfunktion auswirken
Gleichzeitig wirken die durch das Schlitzen entstandenen federnden Zungen des Stulpansatzes
in bekannter Weise als radial elastische Federklammern, die an ihrer Innenkontur
einen vorspringenden Rand aufweisen, der als Verriegelung in eine radiale Rille
der Ventilführungshülse einrastet.
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Die Sekundärabdichtung erfolgt bei der über die gebräuchlichen Ventilführungshülsen
gestülpten Dichtungshülse der erfindungsgemäßen Ausführung dadurch, daß der Spannring
gegen den oberen, konischen Rand der Ventilführungshülse geprept wird.
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Um eine Berührung zwischen Spannring und Stange (Ventilschaft) sicher
zu vermeiden, wird auch bei der in die Ventilführungshülse integrierten Dichtungsanordnung
der erfindungsgemißen Ausführung eine konisch nach außen geneigte Auflagefläche
für den Spannring am Ende der Ventilschauftführung vorgesehen.
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Die vorstehend allgemein für die Abdichtung an den Außenflächen von
zylindrischen Maschinenteilen beschriebenen erfindungsgemäpen Dichtungsanordnungen
lassen sich entsprechend auf die Abdichtung an den Innenflächen zylindrischer Maschinenteile
(Kolbenabdichtung gegen Zylinderinnenwand) übertragen
Die Erfindung
wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert: Fig.1 zeigt die
grundsätzliche Anordnung und eine beispielsweise geometrische Gestalltung des Dichtrings.
Der Dichtring 1 aus Werkstoff auf der Basis von PTTE liegt mit radialer Vorspannung
an seiner Dichtkante 2 auf der Oberfläche 3 der Stange auf. Der Spann-und Sekundärdichtring
4 aus gummielastischem Werkstoff ist axial versetzt zum Dichtring in einer Ausnehmung
5 des die Dichtung umgebenden Gehäuses an der Umfangefläche 6 radial und an der
Stirnfläche 7 axial abgestützt.Auf der anderen Seite berührt er, seine Vorspannkraft
F1 ubertragend, den Dichtring an der gemeinsamen Berührfläche 8, die in einem Winkel
von weniger als 45°, vorzugsweise zwischen 15° und 30° gegenüber einer Radialebene
geneigt ist (Winkel α), Die Reaktionskraft F2 zwischen Gehäuse und Dichtring
1 wird unter einem Winkel ß zur Fadialebene in den Dichtring eingeleitet, wobei,
je nach Lage der Dientkante 1 und der erwünschten Verstärkung der Dichtkraft F3
an der Dichtkante 2 der Winkel ß zwischen 0° und 80° leigt. Zur Begünstigung des
Rücktransports von an der Stangenoberfläche haftendem Fluid in den abzudichtenden
Paum 9 weist der Dichtring 1 in bekannter Weise einen Keilwinkel γ relativ
zur Stangenoberfläche auf.
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Fig.2 zeigt eine Anordnung mit einer konisch geneigten Auflage fläche
7a zwischen Gehäuse bzw.Stangenführungsteil und Dichtring 1, wodurch eine Berührung
zwischen Spannring 4 und Stangenoberfläche 3 mit Sicherheit verhirdert wird, und
gleichzeitig eine wirksame Sekundärabdichtung erfolgt.
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Die Dichtkante 2a ist hier in bekannter Weise von der dem abzudichtenden
Fluid zugewandten Stirnfläche 10 des Dichtrings 1 weggerückt. Die Reaktionskraft
F2 wirkt hier axial ( ß=90°), was dann von besonderem Vorteil ist, wenn die Dichtkraft
F3 in ausreichender Größe durch das radiale Übermaß des Dichtrings in Verbindung
mit der Wirkung der Kraft F1 erzeugt wird, aber eine Umstulpwirkung ieC rings 1
durch die Reaktionskraft F2 zur günstigen, elastischen Verkleinerung des Keilwinkels
γ führen soll. Eine weitere vorteilhafte Wirkung dieser Anordnung ist die
leichte,
radiale Verschieblichkeit des Dichtrings 1, was bei einer
statischen oder dynamischen Verschiebung der Stange eine ungestörte Dichtwirkung
gewährleistet.
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Fig.3 zeigt eine erfindungsgemäße Dichtung,bei der der Dichtring 1
zwischen zwei stirnseitig schräg nach innen spannende Spannringe4 und 4a eingespannt
ist. Dabei ist, insbesondere im pille eines Ueberdrucks des abzudichtenden Fluids,
der Raum 11 zwischen den Spannringen mit dem abzudichtenden Raum verbunden.Der Spannring
4 wirkt dann gleichzeitig als Sekundärabdichtung, während der Spannring 4a nur eine
elastische Stützfunktion hat.
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Fig.4 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Dichtung als Ventilschaftabdichtung.
Dichtring und Spannring sind in eine ringförmige Ausnehmung 5ades oberen Endes der
Ventilführungshülse 12 eingesetzt. Der konische Rand 13 zur Abstützung der Reaktionskraft
wird durch Umbördeln des äußeren Randes der Ausnehmung hergestellt. Dabei kann je
nach gewünschter Größe und Richtung der Reaktionskraft und radialer Verschieblichkeit
des Dichtrings der Winkel der Bördelung verändert werden.
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Fig.5 zeit eine auf gebräuchliche Ventilführungshülsen aufsteckbare
,usführung der erfindungsgenäßen Dichtung, bestehend aus dem Dichtring 1, dem Spannring
4 und der geschlitzten Hülse 14. Der Stulpansatz 15 der Hülse 14 ist mehrfach axial
von stirnseitigen, unteren Ende 16 bis zu einer Stelle 17 geschlitzt, wobei die
Stelle 17 im Bereich der äußeren Anlagefläche 6 des Spannrings liegt, so daß die
axiale Anlagefläche 7 für dcn Spannring an den Stellen der Schlitze wegfällt.Vom
Stulpansatz bleiben beim Schlitzen nur noch einzelne Federklammern 15a stehen, die
an ihrer Innekontur vorspringende Ränder 18 aufweisen.
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Die Ränder 18 rasten beim Überstülpen der Dichthülse über die Ventilführungshülse
20 in eine radiale Rille 19 dieser Ventilführungshülse ein.Gleichzeitig kommt der
Spannring 4 an der konisch nach außen geneigten Fläche 21 der Ventilführun;shülse
20 dichtend zur Anlage.
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L e e r s e i t e