DE2830463A1 - Vorrichtung zur verhinderung von leckverlusten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung von Leckverlusten durch zylindrische Spiele oder Spalte, die von zylindrischen oder ringförmigen Druck- oder Arbeitskammern in hydraulischen Kupplungs- oder Leistungsübertragungsmechanismen ausgehen oder darin münden, die mit einem hydraulischen Druckmittel als druckübertragendes Medium arbeiten.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein spezielles Dichtproblem, das in erster Linie zwischen koaxialen zylindrischen Flächen mit dazwischen liegendem Spiel in hydraulischen Kupplungs-, Brems- oder Leistungsübertragungsmechanismen angetroffen wird. Diese Mechanismen sollen so arbeiten, daß hohe hydraulische Drücke ohne Leckverluste durch die Spiele mit resultierendem Druckabfall auftreten.

Hydraulische Kupplungen, die im wesentlichen zur Verbindung einer Nabe oder dergl. mit einer Welle verwendet werden, sind seit langem bekannt, vergl. z.B. die FR-PS 1 092 416 und CH-PS 408 552. Das Hauptmerkmal dieser Kupplungen ist eine mit hydraulischem Druckmittel gefüllte Arbeitskammer mit einer verhältnismäßig dünnen, elastisch verformbaren Wand innerhalb einer der aneinander zu pressenden zylindrischen Flächen. Die Arbeitskammer steht in Verbindung mit einer Vorrichtung zur Erhöhung des spezifischen Drucks des hydraulischen Druckmittels. Diese Druckerzeugungsvorrichtung ist für gewöhnlich ein Druckzylinder mit einem darin mit Spiel angeordnetem hin- und herbewegbarem Stößel.

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 Dicke haben muß, und hängt ab von der Möglichkeit der Aufrechterhaltung dieses Drucks über lange Zeiten.

Diese Probleme sind offenbar mit der Gefahr von Leckverlusten durch das Spiel zwischen dem Druckzylinder und dem Stößel in der Vorrichtung zur Erhöhung des spezifischen Drucks des hydraulischen Druckmittels verbunden. Ebenso offensichtlich ist, daß eine Lösung des Problems zur Verhinderung derartiger Leckverluste im allgemeinen bei allen zylindrischen ringförmigen Spielen zwischen koaxialen zylindrischen Umfangsflächen anwendbar ist.

Die DE-PS 2 403 337 gibt eine Lösung des Problems der Verhinderung von Leckverlusten und der resultierenden allmählichen Abnahme der hydraulischen Drücke in derartigen Kupplungen an. Diese Lösung umfaßt keine Dichtung des Leckverlustspiels, sondern besteht statt dessen in der Schaffung eines Abschaltventils in der Verbindung zwischen dem Druckzylinder (Primärdruckkammer) und der Arbeitskammer. Dies umfaßt zwei betätigbare Vorrichtungen, d.h. eine für die Druckzufuhr und die andere zum Abschalten der Verbindung zwischen der Druckquelle und dem Kupplungspunkt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Verhinderung von Leckverlusten, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in jede Kammer vor der Mündung des Spiels oder Spalts eine Scheibe oder ein Stopfen eingesetzt ist, der den Querschnitt der Kammer ausfüllt, jedoch im wesentlichen das gleiche Spiel bestehen läßt, daß die Scheibe oder der Stopfen als Dichtringhalter ausgebildet und aus einem solchen verformbaren Material hergestellt ist, daß sich das Material durch die Wirkung eines zunehmenden Drucks im hydraulischen Druckmittel radial ausdehnt, bis der Dichtringhalter den gesamten Querschnitt der Kammer vollständig, d.h. ohne jedes Spiel, schließt, und daß in einer Nut in der der zylindrischen Fläche der Kammerwand zugewandten koaxialen Fläche jedes Dichtringhalters ein Dichtring angeordnet ist zur Herstellung einer Abdichtung, bevor sich der Dichtringhalter durch die Druckzunahme des hydraulischen Druckmittels radial ausgedehnt hat und den Querschnitt der Kammer vollständig schließt.

Die Erfindung beruht somit auf dem Grundgedanken der Anwendung zweier sich überdeckender Dichtfunktionen, wobei die eine Funktion durch einen Dichtring, z.B. eine O-Ringdichtung, verwirklicht wird, die bei niedrigen und mäßig hohen Drücken arbeitet, während die andere Funktion durch einen Körper verwirklicht wird, der sich bei Druckzunahme ausdehnt und den Spalt oder das Spiel abschließt, bevor der Druck bis zu einer solchen Höhe angestiegen ist, daß die Dichtfähigkeit des Dichtrings aufhört oder der Dichtring bei wiederholten Druckänderungen in Stücke zerdrückt wird.

Wenn die Spalte oder Spiele, durch die die Leckverluste stattfinden, von einer Arbeitskammer für das hydraulische Druckmittel ausgehen oder darin münden, besteht die Dichtvorrichtung aus einer Scheibe oder einem Stopfen, der vor der Mündung des Spalts oder Spiels angeordnet ist und der jeweiligen Kammer gegenüberliegt. Die Scheibe oder der Stopfen, der als Dichtringhalter ausgebildet ist, füllen dabei den Querschnitt der jeweiligen Kammer aus, während sie im wesentlichen das gleiche Spiel freilassen, und sind aus einem solchen verformbaren Material hergestellt, daß sich dieses durch die Wirkung der zunehmenden hydraulischen Drücke radial so ausdehnt, daß es das Spiel oder den Spalt ausfüllt und hierdurch abdichtet. Zwischen dem Dicht- ringhalter und den Wänden der jeweiligen Wand ist gleichzeitig in der der Wand der jeweiligen Kammer zugewandten zylindrischen Fläche des Dichtringhalters eine Nut mit einem darin angeordneten Dichtring angeordnet, der eine Dichtfunktion ausführt, bevor die Spiele oder Spalte mit zunehmenden hydraulischen Druck durch die radiale Ausdehnung des Dichtringhalters geschlossen wurden. An dem zwischen der Nut für den Dichtring und dem hydraulischen Druckmittel gelegenen Teil des Dichtringhalters sind die Spalte oder Spiele beträchtlich größer als in der anderen Seite der Nut für den Dichtring.

Für die meisten praktischen Zwecke ist das Material, aus dem der Dichtringhalter hergestellt ist, vorzugsweise ein starrer Kunststoff der
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, unter der Bezeichnung "Erlaton" im Handel ist, oder ist ein anderes Polymer mit entsprechenden Eigenschaften.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt einer mit hydraulischem Druckmittel arbeitenden Kupplung, d.h. einer hydraulischen Kupplung, zwischen einer Welle und einem Lagerbock oder einer Nabe, wobei die Dichtung in einem Spiel zwischen dem Stößel und dem Zylinder der Vorrichtung dort angeordnet ist, wo der Kupplungsdruck entsteht;

Fig. 2 einen Schnitt einer Anordnung mit Dichtvorrichtungen nach der Erfindung zwischen einem druckerzeugenden Stößel und dessen Zylinderwand einerseits und zwischen einer eine Welle umgreifenden Büchse und einem Lagerbock oder einer Nabe;

Fig. 3 und 4 zwei verschiedene Ausführungsformen eines Dicht-Ringhalters nach der Erfindung, eingesetzt in einen Druckzylinder zur Abdichtung eines darin befindli- chen Stößels.

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

Mit einer Welle oder einem Zapfen soll eine Nabe 2, ein Lagerbock oder ein ähnliches Element unter Zwischenschaltung einer zylindrischen Metallwand 3 verbunden werden, die sich unter einem hydraulischen Druck ausdehnt. Die Metallwand 3 ist eine Wand einer Arbeitskammer 4, die in offener Verbindung mit einem Druckzylinder 5 steht. In diesem Druckzylinder ist mit Spiel ein Stößel 6 angeordnet zur Ausübung des gewünschten Drucks auf ein hydraulisches Druckmittel, das einen Raum im Druckzylinder 5 vor dem Stößel 6, die Arbeitskammer 4 und die Verbindung dazwischen vollständig ausfüllt.

Wen der spezifische Druck des hydraulischen Druckmittels durch Drücken des Stößels 6 in den Zylinder 5 erhöht wird, ergibt dies eine Ausdehnung der Wand 3, so daß diese unter Druck auf die Welle 1 gedrückt wird, wodurch die Verbindung erfolgt.

Zur Herbeiführung einer stabilen Konstruktion und zur Ermöglichung der Übertragung großer Drehmomente erfordert die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eine dicke Wand 3, die ihrerseits einen hohen spezifischen Druck des hydraulischen Druckmittels erfordert, das die Wand 3 unter einem ausreichenden Kupplungsdruck an die Welle 1 anlegt. Für derart hohe hydraulische Drücke ist eine übliche Anordnung mit einem Dichtring, etwa einer O-Ringdichtung, einer X-Ringdichtung oder einer Dichtung mit einer U-förmigen Packung in einer Nut, unzureichend zur Verhinderung von Leckverlusten durch das Spiel zwischen dem Stößel 6 und dem Druckzylinder 5.

Zur Verhinderung derartiger Leckverluste ist ein Dichtringhalter 7, der mit einer Nut für einen Dichtring 10 versehen ist, erfindungsgemäß vor dem Stößel 6 angeordnet. Der Dichtringhalter hat auf der Stößelseite der Dichtringnut im wesentlichen dasselbe Spiel wie das Spiel zwischen dem Stößel und dessen Zylinder, während das Spiel auf der anderen Seite der Dichtringnut, d.h. in Richtung zum hydraulischen Druckmittel, beträchtlich größer ist. Der Dichtringhalter ist aus einem Material hergestellt, das so verformbar ist, daß es sich bei zunehmendem hydraulischem Druck in dichtende Berührung mit der Wand des Zylinders 5 ausdehnt, bevor der Druck so hoch angestiegen ist, daß der Dichtring seine Dichtwirkung verloren hat. Die Funktion kann mit anderen Worten so ausgedrückt werden, daß, bevor der Druck auf einen solchen Wert angestiegen ist, daß der Dichtring in das Spiel zwischen dem Dichtringhalter und der Zylinderwand eindringt, der Dichtringhalter sich so ausgedehnt hat, daß kein Spiel mehr besteht, da er es durch das sich ausdehnende Material des Dichtringhalters ausgefüllt hat.

Fig. 2 zeigt einen Fall, in dem die Dichtvorrichtung für zylindrische ringförmige Spalte nach der Erfindung auch zur Abdichtung anderer Spiele verwendet wird als für solche zwischen dem Druckzylinder und dem Stößel, d.h. zur Abdichtung der Spalte zwischen einer eine Arbeitskammer begrenzenden Büchse 8 und einer Nabe 2, einem Lagerbock oder einem ähnlichen Element. In diesem Fall ist der Dichtringhalter aus einem zylindrischen Ring 9 mit Nuten für Dichtringe in der Außenfläche und der inneren Umfangsfläche hergestellt.

In Fig. 3 bezeichnet der schraffierte Bereich eine Wand eines Druckzylinders 5, in den eingesetzt sind: ein Stößel 6, ein Dichtringhalter 7 ist einer Nut für einen Dichtring und ein in der Nut angeordneter Dichtring.

Das Spiel t[tief]1 zwischen dem Dichtringhalter und der Wand des Druckzylinders ist so bemessen, daß der Dichtringhalter ohne

Ausübung einer großen Kraft in den Druckzylinder gedrückt werden kann. Ein Teil l[tief]2 des Dichtringhalters befindet sich zwischen dem hydraulischen Druckmittel und dem Dichtring und ist ein kurzer axialer Fortsatz, da dessen Aufgabe nur darin besteht, den Dichtring in der Nut zu halten. Das Spiel t[tief]2 zwischen diesem Teil l[tief]2 und der Wand des Druckzylinders soll viel größer als das Spiel t[tief]1 sein, so daß dieser Teil des 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, daß die Gesamtlänge l[tief]1 des Dichtringhalters etwa gleich dem Innendurchmesser d des Druckzylinders ist.

Der Dichtring 10 stellt bei niedrigen Drücken die Abdichtung her, was in Verbindung mit Dichtringen bekannt ist. Bei Druckzunahme beginnt sich der verformbare Dichtringhalter allmählich radial auszudehnen. Als Ergebnis verschwindet das kleine Spiel t[tief]1 zwischen dem Dichtringhalter und der Wand des Druckzylinders und wird eine Abdichtung erzielt. Somit übernimmt der Dichtringhalter bei zunehmendem Druck die Dichtfunktion des Dichtrings und verwirklicht das oben Gesagte, daß es einen Druckbereich gibt, in dem sich die beiden Dichtfunktionen überdecken.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Form der Dichtvorrichtung von Fig. 3. Der Dichtring 10 und der Teil des Dichtringhalters im Bereich b in Fig. 4 arbeiten in derselben Weise wie für die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung beschrieben. Da der Dichtringhalter mit einer Ausnehmung oder einem Raum versehen ist, der dem hydraulischen Druckmittel zugewandt ist und in Fig. 1 durch die Bereiche a und c gekennzeichnet ist, ergibt sich zusätzlich zu der bezüglich Fig. 3 beschriebenen eine weitere Dichtfunktion. Dies ist im einzelnen die Dichtfunktion, die dadurch erhalten wird, daß der Dichtringhalter im Bereich a durch die Wirkung des Drucks des im Raum des Dichtringhalters enthaltenen hydraulischen Druckmittels gegen die Wand des Druckzylinders gedrückt wird.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform des Dichtringhalters wird im normalen Fall der folgende Dichtverlauf erzielt, wenn der Druck im hydraulischen System zunimmt. Bei niedrigen Drücken stellt der Dichtring in bekannter Weise eine Dichtwirkung her. Bei zunehmendem Druck wird im Bereich
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dadurch eine Dichtwirkung erzielt, daß der Dichtringhalter in diesem Bereich durch die Wirkung des hydraulischen Drucks im Raum gegen die Zylinderwand gedrückt wird. Dadurch wird bei weiterer Druckzunahme eine Dichtwirkung durch die radiale Ausdehnung des Dichtringhalters im Bereich b erzielt als Ergebnis der im Wesentlichen achsialen Zusammendrückung des Halters in diesem Bereich
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und des hydraulischen Drucks. Wenn der Abstand b allmählich verringert wird, wird die Dichtfunktion immer mehr
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die dadurch erzeugt wird, daß der Dichtringhalter durch die Wirkung des hydraulischen Drucks im Raum gegen die Zylinderwand gedrückt wird.

Ein Vorteil der vorliegenden Anordnung 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.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Verhinderung von Leckverlusten durch zylindrische Spiele oder Spalte, die von zylindrischen oder ringförmigen Druck- oder Arbeitskammern in hydraulischen Kupplungs- oder Leistungsübertragungsmechanismen ausgehen oder darin münden, die mit einem hydraulischen Druckmittel als druckübertragendes Medium arbeiten,

dadurch gekennzeichnet,

daß in jede Kammer (5) vor der Mündung des Spiels oder Spalts eine Scheibe oder ein Stopfen eingesetzt ist, der den Querschnitt der Kammer (5) ausfüllt, jedoch im wesentlichen das gleiche Spiel bestehen läßt, daß die Scheibe oder der Stopfen als Dichtringhalter (7) ausgebildet und aus einem solchen verformbaren Material hergestellt ist, daß sich das Material durch die Wirkung eines zunehmenden Drucks im hydraulischen Druckmittel radial ausdehnt, bis der Dichtringhalter (7) den gesamten Querschnitt der Kammer (5) vollständig, d.h. ohne jedes Spiel, schließt, und daß in einer Nut in der der zylindrischen Fläche der Kammerwand zugewandten koaxialen Fläche jedes Dichtringhalters (7) ein Dichtring (10) angeordnet ist zur Herstellung einer Abdichtung, bevor sich der Dichtringhalter (7) durch die Druckzunahme des hydraulischen Druckmittels radial ausgedehnt hat und den Querschnitt der Kammer (5) vollständig schließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel des Dichtringhalters (7) gegenüber der Kammerwand längs des Teils des Dichtringhalters (7), der in der Druckmittelseite der Nut für den Dichtring (10) gelegen ist, viel größer ist als das Spiel an der gegenüberliegenden Seite der Nut, um ständig einen Zutritt von hydraulischem Druckmittel zum Dichtring (10) zu ermöglichen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem hydraulischen Druckmittel zugewandte Ende des Dichtringhalters (7) mit ei-

ner Ausnehmung versehen ist, so daß in der Kammerwand ein Ring oder eine Packung gebildet wird, wobei die Nut für den Dichtring (10) in der Außenfläche des Dichtrings oder der Packung vorgesehen ist (Fig. 4).